Способ восстановления порогового напряжения мдп-транзисторных структур после воздействия плазменных обработок

Авторы патента:

H01L21/268 - с использованием электромагнитного излучения, например лазерного

Владельцы патента RU 2426192:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронной техники" (RU)

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и предназначено для создания полупроводниковых приборов на основе МДП-транзисторных структур, технология изготовления которых предусматривает использование плазменных обработок на этапе формирования металлизации приборов. Сущность изобретения: в способе восстановления порогового напряжения МДП-транзисторных структур наведенный положительный заряд, образованный в результате процесса ионно-лучевого травления при формировании металлических слоев структуры, нейтрализуется фотоэмиссией электронов при дополнительном облучении пластин источником ближнего ультрафиолета с энергией квантов 4,0÷6,0 эВ в течение 15÷20 мин. Техническим результатом изобретения является нейтрализация наведенного заряда в процессе плазменных обработок при формировании металлизации МДП-транзисторных структур, восстановление пороговых напряжений, стабилизация зарядовых свойств и увеличение процента выхода годных и надежности изделий. 1 табл.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и предназначено для создания полупроводниковых приборов на основе МДП-транзисторных структур, технология изготовления которых предусматривает использование плазменных обработок на этапе формирования металлизации приборов. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что после воздействия плазменных обработок в процессе ионно-лучевого травления металлических слоев, которые приводят к наведению дополнительного положительного заряда в окисле с последующей деградацией зарядовых свойств МДП-транзисторной структуры, восстановление порогового напряжения осуществляется облучением пластин с МДП-транзисторными структурами источником ближнего ультрафиолета.

Предлагаемый способ может быть использован во многих технологиях создания приборов на основе полевых эффектов, наиболее эффективен он для восстановления пороговых напряжений МДП-транзисторных структур на пластинах, где используются плазменные обработки. Технический результат достигается благодаря дополнительному специальному ультрафиолетовому облучению, которое позволяет повысить стабильность параметров мощных СВЧ МДП транзисторов, процент выхода годных, улучшить эксплуатационные характеристики готовых изделий и их надежность.

Известен способ восстановления пороговых напряжений МДП-транзисторных структур после воздействия плазменных обработок при ионно-лучевом травлении металлических слоев путем длительного низкотемпературного отжига при 470°С в течение 60 мин в среде азота [1], при котором происходит отжиг наведенного заряда и стабилизация зарядовых свойств МДП-транзисторных структур. На практике же для эффективной нейтрализации наведенного заряда приходится увеличивать длительность температурной обработки пластин, что в свою очередь приводит к ухудшению качества металлизации, электрической прочности подзатворного диэлектрика и необратимой деградации параметров МДП-транзисторных структур, а в конечном счете к снижению процента выхода годных готовых изделий и их надежности. Более того, в ряде случаев при устойчивом наведенном заряде указанный способ становится малоэффективным и его влияние проявляется при последующих термополевых испытаниях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу восстановления порогового напряжения является способ, заключающийся в нейтрализации технологически наведенного заряда путем предварительного создания радиационно-индуцированного заряда в МДП-структуре с последующим облучением ультрафиолетовым пучком. В данном способе подгонка порогового напряжения осуществляется в два этапа [2]. Сначала пластины с МДП-транзисторными структурами облучаются рентгеновским излучением с дозой насыщения, а потом - облучением ультрафиолетовым пучком. Данный способ основан на том физическом эффекте, что в процессе рентгеновского облучения МДП-транзисторных структур в подзатворном диэлектрике создается специально наведенный или радиационно-индуцированный подвижный положительный заряд, а последующее воздействие ультрафиолетового пучка снижает его уровень за счет фотоэмиссии электронов из электрода затвора и подложки [3]. Таким образом, происходит электронейтрализация наведенного радиационно-индуцированного заряда. В результате такой последовательности операций удается управлять пороговым напряжением МДП-транзисторных структур.

Однако радиационно-технологические процессы имеют основной свой недостаток, поскольку в энергетической зоне полупроводника создаются радиационно-стимулированные глубокие уровни, наличие которых может негативно сказываться на надежности изделий в условиях длительной наработки приборов при допустимых режимах эксплуатации.

Изобретение направлено на нейтрализацию наведенного заряда в процессе плазменных обработок при формировании металлизации МДП-транзисторных структур, восстановление пороговых напряжений и стабилизацию зарядовых свойств, а в конечном итоге на повышение процента выхода годных и надежности изделий.

Это достигается следующим способом. При формировании многослойной системы металлизации на основе золота МДП-транзисторных структур используются плазменные обработки в процессе ионно-лучевого травления металлических слоев. Принцип процесса ионно-лучевого травления заключается в том, что рабочее вещество, в данном случае газообразный аргон, подается в автономный щелевой источник ионов, в котором происходит его ионизация. Далее сформированный ионный пучок с высокой энергией, взаимодействуя с поверхностью металлизированных пластин, вызывает физическое распыление материала металлизации. При ускорении пучка ионов с энергией до 5000 эВ в промежутке между источником ионов и обрабатываемой пластиной в условиях сильных электрических и магнитных полей образуется пучковая плазма с положительным потенциалом 10÷40 В относительно земли. При этом наведенный положительный заряд в МДП-структуре приводит к сдвигу пороговых напряжений в область отрицательных потенциалов.

Для эффективной нейтрализации наведенного положительного заряда в рассматриваемом способе предложено применение ближнего ультрафиолетового излучения с энергией квантов 4,0÷6,0 эВ. Способ основан на том, что ультрафиолетовое облучение пластин с МДП-транзисторными структурами приводит к фотоэмиссии электронов и захвату их на положительных центрах в подзатворном окисле. В итоге происходит нейтрализация наведенного положительного заряда, стабилизация зарядовых свойств МДП-транзисторных структур и смещение пороговых напряжений в обратном направлении вплоть до восстановления исходного его значения.

Конкретный пример выполнения изобретения.

При создании мощных СВЧ МДП транзисторов кремниевые пластины последовательно проходят технологический цикл операций по созданию активных и пассивных областей прибора, в частности: подзатворного диэлектрика, поликремниевого затвора, легированного фосфором, областей истока и стока, межслойного диэлектрика, а также вскрытия контактов к областям затвора, истока, стока и так далее. Затем на МДП-транзисторных структурах формируют контакты и многослойную систему металлизации на основе золота (PtSi-Ti-Pt-Au), которая состоит из силицида платины в контактах, адгезионного слоя титана, барьерного слоя платины и токопроводящего слоя золота. Металлические слои напыляют методом магнетронного распыления, рисунок металлизированной разводки формируют методом фотолитографии. Травление металлических слоев золота и платины осуществляют на установке ионно-лучевого травления УВН 71П-3 с щелевым источником при помощи плазменных обработок, слои титана травятся химически.

Измерения порогового напряжения V_1порAu МДП-транзисторных структур после ионно-лучевого травления металлизации фиксируют сдвиг величины V_1порAu в область отрицательных потенциалов (табл.1).

Таблица 1
Динамика восстановления пороговых напряжений при использовании изобретения.
Пороговое напряжение (искомое) МДП-транзисторной структуры текстовой пластины (без плазменных обработок) V_порA1, В	Пороговое напряжение МДП-транзисторной структуры пластины (после плазменных обработок) V_1порAu, В	Пороговое напряжение (восстановленное) МДП-транзисторной структуры пластины V_2порAu, В
3,0	-1,0	3,0

Далее для восстановления пороговых напряжений МДП-транзисторных структур пластин в технологический маршрут дополнительно включается процесс облучения из источника ближнего ультрафиолетового излучения. В качестве источника используется ультрафиолетовый излучатель с люминесцентными лампами типа ДКБ 11 с потоком ультрафиолета 205÷315 нм мощностью 60 Вт. Время облучения пластин подбирается экспериментально, оно составляет 15÷20 мин.

Эффективность ультрафиолетовой обработки подтверждается сравнительным анализом относительно значений пороговых напряжений на тестовой пластине с аналогичными МДП-транзисторными структурами с использованием алюминиевой металлизации V_порA1 в маршруте формирования которой отсутствуют плазменные обработки, а применяется только химическое травление. Величина пороговых напряжений V_порA1 МДП-транзисторных структур тестовой пластины в предлагаемом способе берется за искомое значение (табл.1). В итоге сравнительный анализ восстановленных пороговых напряжений V_2порAu МДП-транзисторных структур с золотой системой металлизации, при формировании которой использовались плазменные обработки, показывает такие же стабильные значения порогового напряжения, как и на тестовой пластине с МДП-транзисторными структурами с алюминиевой металлизацией V_nopA1, которые не подвергались плазменным воздействиям (табл.1).

Источники информации

1. Бородкин И.И. Восстановление и корректировка пороговых напряжений мощных СВЧ кремниевых полевых транзисторных структур после воздействия плазменных обработок / И.И.Бородкин, В.В.Асессоров, В.А.Кожевников, Б.К.Петров // Радиолокация, навигация, связь. Материалы международной научно-технической конференции. - В.: НПФ "САК-ВОЕЕ", 2009. - Том 2, с.958-964.

2. Патент РФ №1464797, 1995. Способ изготовления МДП-транзисторов / Гитлин В.Р., Замотайлов Ю.Г., Ивакин А.Н., Кадменский С.Г., Левин М.Н., Лобов И.Е., Остроухов С.С.

3. Гитлин В. Рентгеновская корректировка пороговых напряжений в производстве МДП интегральных схем / В.Гитлин [и др.] // Вестник ВГУ 2002. - №1. - С.5-12.

Способ восстановления порогового напряжения МДП-транзисторных структур после воздействия плазменных обработок при формировании металлизации, отличающийся тем, что наведенный положительный заряд, образованный в результате процесса ионно-лучевого травления при формировании металлических слоев структуры, нейтрализуется фотоэмиссией электронов при дополнительном облучении пластин источником ближнего ультрафиолета с энергией квантов 4,0÷6,0 эВ в течение 15÷20 мин.

Изобретение относится к способам создания подложек, применимых в качестве эмиттеров ионов химических соединений в аналитических приборах, предназначенных для определения состава и количества химических соединений в аналитических приборах, в частности в масс-спектрометрах и спектрометрах ионной подвижности.

Способ халькогенизации поверхности gaas // 2406182

Изобретение относится к технологии арсенид галлиевой микроэлектроники и может быть использовано для снижения плотности поверхностных состояний как на свободной поверхности полупроводника, так и на границе раздела металл-полупроводник и диэлектрик-полупроводник.

Система контроля технологического процесса для лазеров, используемых в литографии // 2258253

Изобретение относится к системам контроля и, в частности, к системам контроля работы лазеров. .

Способ изготовления трехмерно расположенных проводящих и соединительных структур для объемных и энергетических потоков // 2242063

Изобретение относится к способу изготовления трехмерно расположенных проводящих и соединительных структур для объемных и энергетических потоков. .

Способ получения структур кремния-на-изоляторе методом зонной перекристаллизации и устройство для его осуществления // 2133520

Устройство для удаления поверхностных загрязнений с подложки (варианты) // 2114486

Изобретение относится к устройствам для удаления нежелательных поверхностных примесей с плоской или имеющей нерегулярную форму поверхности подложки 12 высокоэнергетическим излучением.

Способ удаления поверхностных примесей с поверхности подложки и устройство для его осуществления // 2099811

Способ формирования топологии интегральной микросхемы // 2099810

Изобретение относится к производству микросхем и может быть использовано при формировании функциональных слоев микросхем (в т.ч. .

Способ выращивания кристаллов из аморфной фазы на некристаллической подложке // 2098886

Изобретение относится к производству кристаллов и может быть использовано в производстве полупроводниковых кристаллов для изготовления микросхем. .

Способ формирования топологии интегральной микросхемы // 2098885

Способ получения слоя поликристаллического кремния // 2431215

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при изготовлении микро-, наноэлектронных и оптоэлектронных устройств, в частности тонкопленочных транзисторов, ячеек энергонезависимой памяти, солнечных элементов

Способ образования на подложке упорядоченного массива наноразмерных сфероидов // 2444084

Изобретение относится к микроэлектронике, оптической и оптоэлектронной технике, к нелитографическим микротехнологиям формирования на подложках тонкопленочных рисунков из наносимых на ее поверхность веществ

Способ лазерного отделения эпитаксиальной пленки или слоя эпитаксиальной пленки от ростовой подложки эпитаксиальной полупроводниковой структуры (варианты) // 2469433

Изобретение относится к области лазерной обработки твердых материалов, в частности к способу отделения поверхностных слоев полупроводниковых кристаллов с помощью лазерного излучения

Базовая плата, способ производства базовой платы и подложка устройства // 2476954

Изобретение относится к базовой плате и способу ее производства

Способ формирования легированных областей полупроводникового прибора // 2476955

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с пониженной плотностью дефектов

Способ создания многослойной наноструктуры // 2497230

Изобретение относится к различным областям техники, использующим материалы с развитыми поверхностями в виде многослойных наноструктур для производства солнечных батарей, фотоприемных устройств, катализаторов, высокоэффективных люминесцентных источников света. В способе создания многослойной наноструктуры на одну из поверхностей прозрачного для лазерного излучения материала наносят дифракционную решетку и воздействуют на этот материал импульсом лазерного излучения, вызывают дифракцию и многолучевую интерференцию лазерного луча у поверхности дифракционной решетки в области лазерного пятна, образуют в этой области множество отраженных от дифракционной решетки лазерных лучей, вызывают последовательно в точках их отражения от дифракционной решетки локальное выделение энергии лазерного луча, плавление прозрачного для лазерного излучения материала, образование центров кристаллизации, взрывную кристаллизацию прозрачного для лазерного излучения материала по отраженным от дифракционной решетки лучам после завершения действия импульса лазерного излучения и одновременно создают множество срощенных между собой слоев из прозрачного для лазерного излучения материала. Изобретение позволяет создавать многослойные наноструктуры из многих сотен слоев за время длительности одного импульса лазерного излучения. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ обработки поверхности монокристаллического кремния ориентации (111) // 2501057

Изобретение относится к области микроэлектроники, фотовольтаики, к не литографическим технологиям структурирования кремниевых подложек, в частности к способам структурирования поверхности монокристаллического кремния с помощью лазера. Способ согласно изобретению включает обработку поверхности монокристаллического кремния ориентации (111) с помощью импульсного излучения лазера, сфокусированного перпендикулярно поверхности обработки с длительностью импульса 15 нс, при этом предварительно монокристаллический кремний ориентации (111) помещают в ультразвуковую ванну и обрабатывают в спирте в течение 30 минут, а обработку лазером ведут импульсами с длиной волны 266 нм и частотой 6 Гц, при этом число импульсов составляет 5500-7000 с плотностью энергии на обрабатываемой поверхности 0,3 Дж/см2. Изобретение обеспечивает формирование периодических пирамидальных структур на поверхности монокристаллического кремния, имеющих монокристаллическую структуру и три кристаллографические грани ориентации (111). 1 табл., 5 ил.

Способ получения легированного алмаза // 2537491

Изобретение относится к технологическим процессам получения легированных алмазов, которые могут быть использованы в электронике и приборостроении, а также в качестве ювелирного камня. Легированный алмаз получают методом химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ) на подложку в реакционной камере 2. Легирующий компонент 7 берут в твердом состоянии и размещают в камере легирования 3, в которой выполнено не менее трех присоединительных фланцев, два из которых служат для присоединения камеры легирования 3 к линии подачи рабочего газа 1, а третий - для прохождения лазерного излучения 8 в импульсном режиме через прозрачное окно 5 внутрь камеры легирования 3 для распыления легирующего компонента 7, причем концентрацию легирующего компонента 7 в алмазе регулируют путем варьирования параметров лазера: тока накачки лазерного диода, частоты лазерных импульсов, расстояния от фокуса лазерного излучения до поверхности легирующего компонента. В качестве рабочего газа может быть использована смесь водорода и метана в объемных соотношениях от 98:2% до 90:10%. Дополнительно в рабочий газ может быть введен кислород. Изобретение позволяет прецизионно и в широком диапазоне концентраций (от 1014 атом/см3 до 9×1019 атом/см3) легировать алмаз различными элементами, такими как бор, сера, кремний в процессе его роста путем ХОГФ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 4 пр.

Способ выращивания эпитаксиальных слоев полупроводниковых кристаллов нитридов третьей группы на слоистой кристаллической структуре // 2543215

Изобретение относится к технологии выращивания эпитаксиальных слоев полупроводниковых кристаллов нитридов третьей группы на слоистой кристаллической структуре с оптически ослабленной границей. Предлагаемый способ основан на использовании лазерного излучения с длиной волны и мощностью, подобранными таким образом, чтобы лазерное излучение поглощалось вблизи одной из границ слоистой кристаллической структуры и частично разрушало нитрид третьей группы вблизи этой границы, ослабляя механическую прочность указанной границы и всей слоистой кристаллической структуры. Полученные таким способом кристаллические структуры с оптически ослабленной границей могут использоваться в качестве подложек для выращивания эпитаксиальных кристаллических слоев нитридов третьей группы и позволяют существенно ослабить механические напряжения, возникающие из-за рассогласования параметров кристаллических решеток и коэффициентов термического расширения. Ослабление механических напряжений приводит к уменьшению изгиба эпитаксиальных слоев и снижает количество ростовых дефектов в эпитаксиальных слоях. Кроме этого, приложение механического или термомеханического напряжения к эпитаксиальным слоям, выращенным на кристаллических структурах с оптически ослабленной границей, позволяет легко отделять по оптически ослабленной границе полученные эпитаксиальные слои от исходной подложки. 7 з.п. ф-лы, 20 ил., 7 пр.

Способ изготовления детекторов терагерцового диапазона // 2545497

Использование: для формирования на подложках наноструктур, изготовления быстродействующих фотоприемников и детекторов электромагнитных колебаний терагерцового диапазона. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления детекторов терагерцового диапазона электромагнитных волн с поверхностно-барьерными диодами включает формирование на поверхности полупроводниковой пластины слоя изолятора с отверстиями, лазерно-пиролитическое нанесение металла анода и формирование антенны, слой изолятора напыляют в вакууме на полупроводниковую пластину с предварительно осажденным на ее поверхность слоем не соприкасающихся между собой наносфер, после чего получают отверстия удалением наносфер и затем формируют анодный электрод адресуемым лазерно-пиролитическим нанесением металла в атмосфере, содержащей пары летучего химического соединения металла, на участок изолятора с перекрытием краев отверстия, продолжая нанесение до образования антенны. Технический результат: обеспечение возможности увеличения разрешающей способности лазерно-пиролитического нанесения анодного электрода поверхностно - барьерного диода. 4 ил.