Способ формирования высококачественных моп структур с поликремниевым затвором



Способ формирования высококачественных моп структур с поликремниевым затвором
Способ формирования высококачественных моп структур с поликремниевым затвором
Способ формирования высококачественных моп структур с поликремниевым затвором
Способ формирования высококачественных моп структур с поликремниевым затвором
Способ формирования высококачественных моп структур с поликремниевым затвором

 


Владельцы патента RU 2524941:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для создания высококачественных мощных ДМОП транзисторов, КМОП интегральных схем, ПЗС-приборов. Способ включает операцию термического отжига МОП структур в температурном диапазоне от 600-850°С в электрическом поле напряженностью от 10 до 100 В/см, при этом одновременно проводят облучение светом видимого и ближнего инфракрасного спектра в интервале длин волн λ от 0,5 до 1,4 мкм с интенсивностью излучения от 1 до 10 Вт/см2 и при наличии на оксиде, расположенном на кремниевой подложке, поликремниевого затвора толщиной не более 0,6 мкм. В результате такой технологической обработки получают высококачественные МОП структуры с наименьшей плотностью поверхностных состояний Nss менее 1010 см-2 , минимальным разбросом пороговых напряжений ∆Vt меньше 0,05 В и максимальной величиной критического поля Eкр больше 2·107 В/см. 5 ил.

 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для создания высококачественных структур металл-оксид-полупроводник (МОП), являющихся основой конструкции ряда дискретных полупроводниковых приборов и элементов интегральных схем (ИС): мощные МОП транзисторы с двойной диффузией (ДМОП), приборы с зарядовой связью (ПЗС), ИС на основе комплементарных МОП-структур (КМОП ИС) и т.д.

Известны различные способы обработки диэлектрических материалов, в частности облучением потоками электронов в условиях приложенного электрического поля [1. Патент России RU 2197571 C2 от 27.01.2003 Бюл. №3, «Способ формирования примесных профилей в полупроводниковых и диэлектрических материалах»; 2. Патент России RU 2293 148 C2 от 20.02.2004, «Способ обработки алмазов»], в электрическом поле при повышенной температуре [3. United States Patent US 6,274, 465 B1 от 14.08.2001, «DC Electric field assisted anneal»], при облучении светом видимого и ближнего инфракрасного спектра [4. United States Patent US 5,639,520 от 17.06.1997, «Application of optical processing for growth of silicon dioxide»], отжига в диапазоне температур от 1000°C вплоть до температуры плавления кремния, а также высокотемпературного отжига легированного оксида кремния [5. United States Patent US 6,573,159 B1 от 3.06.2003, «Method for thermally annealing Silicon wafer»; 6. United States Patent US 7,977,946 B2 от 12.07.2011 «Thermal annealing method for preventing defects in doped silicon oxide surfaces during exposure to atmosphere»].

Такие способы не обеспечивают получение наилучшего качества МОП структуры, т.е. наименьшую плотность поверхностных состояний Nss, максимальную величину критического поля Екр и минимальный разброс пороговых напряжений ΔVt, поскольку использование ионизирующего электронного облучения приводит к образованию радиационных дефектов в полупроводниковой подложке [7. Болтакс Б.И. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках. Л. Наука. Ленинградское отделение. 1972, с.159-160], облучение светом с вариацией температуры ускоряет процесс роста оксида на кремнии, но существенно не влияет на его качество.

Последний недостаток, частично устраняется в способе изобретения [1. Патент России RU 2197571 C2 от 27.01.2003, Бюл. №3, «Способ формирования примесных профилей в полупроводниковых и диэлектрических материалах»], взятом за прототип, в котором используется термический отжиг в интервале температур от 600 до 850°C, электрическое поле с напряженностью Е в интервале от 10 до 100 В/см, и облучение электронами в интервале значений флюенса Ф от 1014 до 1016 см-2. Однако такие условия обработки не обеспечивают достижения минимальных значений плотности поверхностных состояний Nss менее 1011 см-2.

Техническим эффектом данного изобретения является создание технологии формирования высококачественных МОП структур в составе мощных ДМОП транзисторов, КМОП ИС, ПЗС с параметрами: Nss не более 1010 см-2, ΔVt не более 0,05 В, Eкр более 2·107 В/см.

Указанный эффект достигается тем, что в предлагаемом способе формирования высококачественных МОП структур облучение осуществляется светом видимого и ближнего инфракрасного спектра в интервале длин волн λ от 0,5 до 1,4 мкм при наличии на оксиде (диэлектрике), расположенном на кремниевой подложке, слоя затвора из поликристаллического кремния (поликремния) толщиной не более 0,6 мкм, прозрачного для оптического излучения данного диапазона длин волн.

На фиг.1, 2, 3, 4 показаны конкретные примеры применения способа для вышеупомянутых приборов.

На фиг.1 показан вариант формирования МОП структуры фрагмента ИС - «толстого» оксида толщиной от 0,3 до 1,5 мкм, предназначенного для «боковой» диэлектрической изоляции элементов ИС.

Конструкция фрагмента содержит кремниевую полупроводниковую подложку (1), на которой расположен оксид кремния (2) - подзатворный оксид, на котором расположен слой поликремния толщиной не более 0,6 мкм, представляющий собой электрод затвора (3). Следует отметить, что после проведения операции поликремниевый затвор может быть удален.

На фиг.2 показан вариант формирования подзатворного оксида в составе МОП структуры мощного ДМОП транзистора.

Конструкция ДМОП транзистора содержит кремниевую полупроводниковую подложку (1), на которой расположен подзатворный оксид кремния (2), на котором расположен поликремниевый затвор (3) толщиной не более 0,6 мкм, изолирующий «боковой» диэлектрик (4), области стока (5) и истока (6), область кармана (7).

На фиг.3 показан вариант формирования МОП структуры подзатворного оксида ПЗС.

Конструкция ПЗС прибора содержит кремниевую подложку (1), на которой расположен подзатворный оксид кремния (2), на котором расположены поликремниевые затворы (3), толщиной не более 0,6 мкм, изолирующий «боковой» диэлектрик (4), области стока (5) и истока (6).

На фиг.4 показан вариант формирования МОП структуры подзатворного оксида КМОП ИС.

Конструкция КМОП ИС содержит кремниевую полупроводниковую подложку (1), на которой расположен подзатворный оксид кремния (2), на котором расположены поликремниевые затворы (3), толщиной не более 0,6 мкм, изолирующий «боковой» диэлектрик (4), области стока (5) и истока (6), область кармана (7).

Предлагаемый способ может быть реализован, например, следующим образом (фиг.5)

В кварцевую трубу (8) термической печи (9), продуваемую инертным газом (азотом) при температуре T в интервале от 600 до 850°C, помещают кварцевую лодочку (10). При этом на лодочке расположены два электропроводящих электрода (11) и (12), соответственно, которые сформированы путем нанесения на нее слоев сильнолегированного поликремния. Пластина (подложка) кремния (1), содержащая вышеупомянутые электронные приборы, вставляется в держатель - лодочку таким образом, чтобы обратная сторона пластин касалась первого электрода (11), а поликремниевые затворы МОП структур (электрически соединенные между собой), расположенные на лицевой поверхности пластин, касались второго электрода (12).

Электроды (11) и (12) подключены к источнику питания ЭДС (13), находящемуся за пределами термической печи и создающему электрическое поле в оксиде с напряженностью E в интервале от 10 до 100 В/см, при этом пластина кремния освещается галогеновым вольфрамовым источником (14), обеспечивающим широкий спектр видимого и инфракрасного диапазона, с интенсивностью излучения в интервале от 1 до 10 Вт/см2. Процесс формирования МОП структуры длится от 3 до 10 минут.

Следует отметить, что выбранные диапазоны температур, электрического поля, мощности излучения и времени проведения процесса определяются особенностями исходного подзатворного оксида (способом его получения и толщиной).

Следует отметить, что заявляемый способ может быть легче реализован на МОП структурах с поликремниевым затвором, поскольку металлический затвор толщиной более 0.1 мкм не прозрачен для излучения данного спектрального диапазона, а изготовление более тонких слоев технологически сложно.

Физическая суть процесса заключается в термическом разогреве подзатворного оксида, при котором приобретают подвижность находящиеся в нем нанокластеры и кристаллиты, при этом фотонное излучение делает их электрически заряженными (активными), а электрическое поле обеспечивает их общую ориентацию, что приводит к радикальному улучшению границы раздела оксид-полупроводник и достижению вышеупомянутых параметров качества.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что два варианта МОП структур, изготовленных на подложке монокристаллического кремния (электронный тип проводимости, легирующая примесь - фосфор, удельное электрическое сопротивление 4,5 Ом·см, кристаллографическая ориентация <100>) путем выращивания "толстого" и "тонкого" подзатворного оксида толщиной 1,0 мкм и 20 нм в термической печи при температурах 1050°C и 850°C, соответственно, в атмосфере «влажного» кислорода и последующего осаждения поликремниевого легированного фосфором затвора толщиной 0,4 мкм, имели параметры:

- для варианта с "толстым" оксидом плотность поверхностных состояний Nss составила 3·1011 см-2, минимальный разброс пороговых напряжений ΔVt составил менее 0,25 В, максимальная величина критического поля Eкр превысила 0,5·107 В/см;

- для варианта с "тонким" оксидом плотность поверхностных состояний Nss составила 3·1010 см-2, разброс пороговых напряжений ΔVt составил менее 0,1 В, максимальная величина критического поля Eкр превысила 1·107 В/см.

Проведенная технологическая операция по данному способу в течении 3 минут при величине напряженности E электрического поля 100 В/см и интенсивности излучения 2 Вт/см2 позволила достичь параметров:

- для варианта с "толстым" оксидом плотность поверхностных состояний Nss составила 1010 см-2, минимальный разброс пороговых напряжений ΔVt составил менее 0,1 В, максимальная величина критического поля Eкр превысила 2·107 В/см;

- для варианта с "тонким" оксидом плотность поверхностных состояний Nss составила 109 см-2, разброс пороговых напряжений ΔVt составил менее 0,05 В, максимальная величина критического поля Eкр превысила 2,5·107 В/см.

Способ формирования высококачественных МОП структур с поликремниевым затвором, содержащий операцию термического отжига МОП структур в температурном диапазоне от 600-850°С в электрическом поле напряженностью от 10 до 100 В/см, отличающийся тем, что одновременно проводится облучение светом видимого и ближнего инфракрасного спектра в интервале длин волн λ от 0,5 до 1,4 мкм с интенсивностью излучения от 1 до 10 Вт/см2 и при наличии на оксиде, расположенном на кремниевой подложке, поликремниевого затвора толщиной не более 0,6 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии нейтронно-трансмутационного легирования (НТЛ) кремния тепловыми нейтронами, широко применяемого в технологии изготовления приборов электронной и электротехнической промышленности.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в космических технологиях, авиастроении, автомобилестроении, станкостроении, технологиях создания строительных материалов и конструкций, в области трубопроводного транспорта и в технологии создания полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур и может быть использовано в нанотехнологии. .

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных кремниевых резисторов, имеющих высокую температурную стабильность сопротивления в широком интервале рабочих температур.

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур с помощью потока ускоренных частиц и может быть использовано в нанотехнологиях, микроэлектронике для создания сверхминиатюрных приборов, интегральных схем и запоминающих устройств.
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с пониженной плотностью дефектов.

Изобретение относится к конструированию и технологии изготовления силовых полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных кремниевых резисторов таблеточного исполнения, в частности резисторов-шунтов, характеризующихся низким значением номинального сопротивления 0,2÷1 мОм с пониженной температурной зависимостью сопротивления в рабочем интервале температур.
Изобретение относится к методам создания объемных композиционных структур путем изменения по заданному рисунку свойств вещества исходной заготовки и может найти применение в микроэлектронике при изготовлении интегральных схем различного назначения, средств хранения информации.

Изобретение относится к технологии мощных полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к технологии получения цветных алмазных материалов, которые могут быть использованы в ювелирной промышленности. Монокристаллический алмазный материал, который был выращен методом CVD и имеет концентрацию одиночного замещающего азота менее 5 ppm облучают, чтобы ввести изолированные вакансии V в, по меньшей мере, часть предусмотренного CVD-алмазного материала так, чтобы общая концентрация изолированных вакансий [VT] в облученном алмазном материале была, по меньшей мере, больше (а) 0,5 ppm и (b) на 50% выше чем концентрация в ppm в предусмотренном алмазном материале, после чего проводят отжиг облученного алмазного материала для формирования цепочек вакансий из, по меньшей мере, некоторых из введенных изолированных вакансий, при температуре, по меньшей мере, 700°С и самое большее 900°С в течение периода, по меньшей мере, 2 часа, при этом стадии облучения и отжига снижают концентрацию изолированных вакансий в алмазном материале, за счет чего концентрация изолированных вакансий в облученном и отожженном алмазном материале составляет <0,3 ppm.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов ниобата лития с бидоменной структурой, применяемых в устройствах нанотехнологии и микромеханики. .

Изобретение относится к области получения монокристаллов сегнетоэлектриков с доменной структурой и может быть использовано при создании устройств позиционирования, акустоэлектроники, для модификации диэлектрических, пироэлектрических и оптических свойств.

Изобретение относится к способам, используемым при работе с повышенным давлением и вызывающим физическую модификацию веществ. .

Изобретение относится к способам создания внутри алмазов изображений, несущих информацию различного назначения, например коды идентификации, метки, идентифицирующие алмазы.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в магнитометрии, квантовой оптике, биомедицине, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов.

Изобретение относится к области обработки (геммологического облагораживания) природных и синтетических алмазов с конечной целью улучшения их декоративных свойств.

Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов для изменения их оптико-механических свойств, в частности повышения их ювелирной ценности. .

Изобретение относится к технологии получения цветных алмазных материалов, которые могут быть использованы в ювелирной промышленности. Монокристаллический алмазный материал, который был выращен методом CVD и имеет концентрацию одиночного замещающего азота менее 5 ppm облучают, чтобы ввести изолированные вакансии V в, по меньшей мере, часть предусмотренного CVD-алмазного материала так, чтобы общая концентрация изолированных вакансий [VT] в облученном алмазном материале была, по меньшей мере, больше (а) 0,5 ppm и (b) на 50% выше чем концентрация в ppm в предусмотренном алмазном материале, после чего проводят отжиг облученного алмазного материала для формирования цепочек вакансий из, по меньшей мере, некоторых из введенных изолированных вакансий, при температуре, по меньшей мере, 700°С и самое большее 900°С в течение периода, по меньшей мере, 2 часа, при этом стадии облучения и отжига снижают концентрацию изолированных вакансий в алмазном материале, за счет чего концентрация изолированных вакансий в облученном и отожженном алмазном материале составляет <0,3 ppm.
Наверх