Способ изготовления полупроводникового прибора
Владельцы патента RU 2340038:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (RU)
Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: при изготовлении полупроводникового прибора в кремниевой подложке формируют диоксид кремния имплантацией ионов кислорода с последовательным набором суммарной интегральной дозы 1,5·1018 см-2 в три этапа (0,5·1018+0,5·1018+0,5·1018), с энергией 150-200 кэВ, при температуре подложки 550-650°С, каждый этап включает отжиг при температуре 1150-1300°С в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода в течение 4-6 часов в каждом этапе. Затем наращивают эпитаксиальную пленку поверх слоя кремния нужной толщины и создают активные области полупроводникового прибора. Техническим результатом изобретения является снижение плотности дефектов в полупроводниковых приборах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных.
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления транзисторов со структурой кремний- на- изоляторе, с пониженной плотностью дефектов.
Известен способ изготовления полупроводникового прибора [1] путем последовательного осаждения на поверхности кремниевой подложки слоя диоксида кремния и нанесения слоя поликристаллического кремния с последующей рекристаллизацией этого слоя. В полупроводниковых приборах изготовленные таким способом образуются переходные слои, которые ухудшают параметры полупроводниковых приборов.
Наиболее близким из известных является способ изготовления полупроводникового прибора имплантацией кислорода через подложку с последующим последовательным отжигом в атмосфере азота при температуре 1100°С, а затем при температуре 500°С [2]. В результате образуется слой диоксида кремния под слоем кремния.
Недостатками этого способа являются:
- низкая технологическая воспроизводимость;
- повышенная плотность дефектов;
- значительные токи утечки.
Задача, решаемая изобретением, снижение плотности дефектов в полупроводниковых приборах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных.
Задача решается путем формирования диоксида кремния имплантацией ионов кислорода с последовательным набором суммарной интегральной дозы 1,5·1018 см-2 в три этапа (0,5·1018+0,5·1018+0,5·1018), с энергией 150-200 кэВ, при температуре подложки 550-650°С, во время проведения процесса имплантации. Каждый этап включает отжиг при температуре 1150-1300°С в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода в течение 4-6 час.
Формирование слоя диоксида кремния имплантацией ионов кислорода в несколько этапов с промежуточными высокотемпературными отжигами снижает плотность дефектов за счет образования с примесными атомами комплексов из вакансий и междоузельных дефектов и диффузионного перераспределения атомов кислорода.
Технология способа состоит в следующем:
в кремниевой полупроводниковой подложке имплантируют ионы кислорода с энергией 150-200 кэВ в три этапа.
Первый этап включает имплантацию ионов кислорода дозой 0,5·1018 см-2 и отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С.
Второй этап включает имплантацию ионов кислорода дозой 0,5·1018 см-2 и последующий отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С.
Третий этап включает имплантацию ионов кислорода дозой 0,5·1018 см-2 и последующий отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С.
В каждом этапе отжиг проводили в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода. В процессе имплантации кислорода температуру подложки поддерживали в диапазоне температур 550-650°С.
В результате в полупроводниковой подложке формируется диоксид кремния, а поверх нее в слое кремния снижается плотность дефектов.
Затем наращивают эпитаксиальную пленку поверх слоя кремния нужной толщины и в нем создают активные области полупроводникового прибора по стандартной технологии.
По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы. Результаты обработки представлены в таблице 1.
| Таблица | |||
| Параметры п/п структур, изготовленных по стандартной технологии | Параметры п/п структур, изготовленных по предлагаемой технологии | ||
| Ток утечки Iут·1012, А | плотность дефектов N, см-2 | Ток утечки Iут·1012, А | плотность дефектов N, см-2 |
| 4,7 | 5·105 | 0,3 | 4,2·104 |
| 5,1 | 8·105 | 0,5 | 6,7·104 |
| 4,5 | 7·105 | 0,4 | 5,4·104 |
| 3,2 | 2·105 | 0,2 | 1,1·104 |
| 2,1 | 2,5·105 | 0,1 | 1,5·104 |
| 5,7 | 1·105 | 0,3 | 0,7·104 |
| 6,4 | 6·105 | 0,5 | 4,5·104 |
| 9,7 | 3,5·105 | 0,7 | 2,2·104 |
| 4,4 | 8,5·105 | 0,4 | 6,9·104 |
| 9,0 | 4·105 | 0,5 | 3,1·104 |
| 7,3 | 5,2·105 | 0,3 | 4,4·104 |
| 5,4 | 1,7·105 | 0,4 | 0,9·104 |
| 5,0 | 3·105 | 0,2 | 1,4·104 |
Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 14%.
Технический результат: снижение плотности дефектов; уменьшение токов утечки; обеспечение технологичности процесса изготовления полупроводникового прибора; улучшение параметров полупроводниковых приборов; повышение процента выхода годных приборов.
Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.
Предложенный способ изготовления полупроводникового прибора путем формирования слоя диоксида кремния имплантацией ионов кислорода с энергией 150-200 кэВ, в три этапа с интегральной дозой 1,5-1018 см-2 (0,5·1018+0,5·1018+0,5·1018), каждый этап который включает отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода, позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.
Источники информации
1. Патент №292768 ГДР, МКИ H01L 21/20.
2. Патент №5061642 США, МКИ H01L 21/477.
Способ изготовления полупроводникового прибора, включающий формирование в кремниевой подложке слоя диоксида кремния имплантацией ионов кислорода и последующего отжига, отличающийся тем, что слой диоксида кремния в кремниевой подложке формируют имплантацией ионов кислорода с последовательным набором суммарной интегральной дозы 1,5·1018 см-2 в три этапа (0,5·1018+0,5·1018+0,5·1018), с энергией 150-200 кэВ, при температуре подложки 550-650°С, с последующим отжигом в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода при температуре 1150-1300°С в течение 4-6 ч в каждом этапе, а затем наращивают эпитаксиальную пленку поверх слоя кремния нужной толщины и создают активные области полупроводникового прибора.
