Способ низкотемпературного выращивания оксида кремния

Изобретение относится к области низкотемпературных технологий микро- и наноэлектроники и может быть использовано для создания радиационно-стойких интегральных схем и силовых полупроводниковых приборов. Оксид кремния получают путем нагрева кремния в атмосфере кислорода до температуры 250-400°C потоком электронов плотностью в интервале 2,5·1013-1014 см-2·с-1 с энергией 3,5-11 МэВ. Технический результат изобретения состоит в получении высококачественных низкотемпературных оксидов кремния с характерными для высокотемпературных термических оксидов параметрами: плотностью поверхностных состояний (Nss менее 1011 см-2), максимальной величиной критического поля (Екр более 2·105 В/см), минимальным разбросом пороговых напряжений (∆Vt менее 0,1 В) и повышенной радиационной стойкостью (более 106 рад). 1 ил.

 

Изобретение относится к области «низкотемпературных технологий» микро- и наноэлектроники и может быть использовано при создании, например, оксидов кремния, алюминия и других полупроводников и металлов.

Известны различные способы выращивания диэлектриков в атмосфере кислорода, в частности:

- получение «тонкой» (100-300 А) оксидной термической пленки в атмосфере кислорода при облучении кремния светом видимого и близкого инфракрасного спектра с интенсивностью 3 Вт/см2 [1. United States Patent US 5,639,520 от 17.06.1997 «Application of optical processing for growth of silicon dioxide»];

- получение оксидных пленок хорошего качества путем осаждения диоксида на кремний и последующего низкотемпературного отжига (500-600°C) в атмосфере азотосодержащих соединений (NH3, N2O) с одновременным облучением ультрафиолетом [2. United States Patent US 5,970,384 от 19.10.1999 «Methods of heat treating silicon oxide films by irradiating ultra-violet light»];

- получение высококачественной оксидной пленки путем плазмохимического осаждения оксида и последующего облучения его инфракрасным светом [3. United States Patent US 7,754,286 B2 от 13.07.2010 «Method of forming a silicon dioxide film»];

- получение оксидных пленок путем осаждения поликремния или же аморфного кремния с последующим их термическим окислением [4. United States Patent US 6,407,012 B1 от 18.06.2002 «Method of producing silicon dioxide film, method of manufacturing semiconductor device, semiconductor device, display and infrared irradiating device»].

Такие способы имеют недостатки:

- не обеспечивают низкотемпературное (менее 500-600°C) получение «толстых» (более 0,5 мкм) низкотемпературных диэлектриков;

- невысокую радиационную стойкость (менее 106 рад);

- необходимое качество, т.е. плотность поверхностных состояний (Nss<1011 см-2), максимальная величина критического поля (Екр>2·105 В/см) и минимальный разброс пороговых напряжений (ΔVt<0,1 В).

Последний недостаток устраняется в способе изобретения, взятом за прототип [1. United States Patent US 5,639,520 от 17.06.1997 «Application of optical processing for growth of silicon dioxide»], в котором используется получение «тонкой» (100-300 А) оксидной термической пленки в атмосфере кислорода при облучении кремния светом видимого и близкого инфракрасного спектра с интенсивностью 3 Вт/см2.

Недостатком прототипа и аналогов является сложность получения при относительно низкой температуре (менее 500-600°C) плавления алюминия «толстых» (более 0,5 мкм) оксидов.

Техническим эффектом данного изобретения является создание технологии получения высококачественных низкотемпературных оксидов кремния:

- с характерными для высокотемпературных термических оксидов параметрами, т.е. плотностью поверхностных состояний (Nss<1011 см-2), максимальной величиной критического поля (Екр>2·105 В/см) и минимальным разбросом пороговых напряжений (ΔVt<0,1 В);

- с повышенной радиационной стойкостью (более 106 рад).

Указанный эффект достигается тем, что в предлагаемом способе нагрев кремния в атмосфере кислорода 250-400°C осуществляют при плотности потока электронов φ в интервале 2,5·1012-1014 см-2·с-1 с энергией 3,5-11 МэВ.

Предлагаемый способ реализуется, например, с помощью устройства, представленного на чертеже.

В кварцевую трубу 1 керамического контейнера 2, продуваемую инертным газом - азотом N2 и кислородом O2, помещают кварцевую лодочку 3, в которой размещены кремниевые пластины 4 (10 штук), которые облучаются электронами на линейном ускорителе ЭЛУ-6 при плотности потока φ=1013 см-2·с-1 с энергией 6 МэВ, который обеспечивает температурный режим на первой пластине 400°C, что позволяет осуществить за 30 минут облучения рост оксида толщиной 1,0 мкм.

Следует отметить, что величина энергии электронов уменьшается на 8% от пластины к пластине за счет потери энергии электронов при взаимодействии с кремнием, поэтому облучение проводят 2 раза, меняя положение пластин в кварцевой лодочке.

Следует отметить, выбранные диапазоны мощности излучения и времени проведения процесса определяются конкретным типом полупроводника или металла.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что МОП-структуры, изготовленные на кремниевой подложке номиналом КЭФ-4,5 Ом·см с ориентацией <100> и толщиной оксида 1,0 мкм, выращенного в атмосфере сухого кислорода при облучении электронами на линейном ускорителе ЭЛУ-6 при плотности потока 1014 см-2·с-1 в течение 30 минут и температуре на поверхности пластин, равной 400°C, имели параметры Nss<1011 см-2, ΔVt=0,1 В, Екр>2·105 В/см, характерные для высокотемпературных термических оксидов.

Экспериментальные исследования радиационной стойкости «низкотемпературного» оксида к дозе гамма-излучения, равной 107 рад источника 60Со на установке МРХ-100, показали изменение порогового напряжения МОП-структуры на 0,2 В.

Физическая суть процесса заключается в термическом разогреве материала полупроводника потоком электронов за счет выделения энергии при рассеянии электронов на атомах кристаллической решетки и образовании озона в результате ионизации молекул кислорода, которые инициируют рост оксида полупроводника при низких температурах. В процессе роста пленки оксида полупроводника воздействие электронов с энергией более нескольких сотен кэВ генерирует сверхравновесные «точечные» дефекты по Френкелю (вакансия - межузельный атом) [5. Болтакс Б.И. «Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках». Л.: Наука. Ленинградское отделение, 1972, с.159-160], которые приводят к ускоренной радиационно-стимулированной диффузии атомов кислорода к границе раздела "оксид полупроводника-полупроводник".

Следует отметить, что мощное облучение электронами в упомянутом выше диапазоне температур и плотностей потока приводит к «закалке» оксида полупроводника, улучшению границы раздела оксид-полупроводник и резкому уменьшению чувствительности к действию проникающего гамма-излучения.

Способ низкотемпературного выращивания оксида кремния путем нагрева кремния в атмосфере кислорода, отличающийся тем, что нагрев осуществляют до температуры 250-400°C потоком электронов плотностью в интервале 2,5·1013-1014 см-2·с-1 с энергией 3,5-11 МэВ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии микроэлектроники. В способе получения слоя диоксида кремния, включающем загрузку полупроводниковой подложки в реактор, нагрев полупроводниковой подложки до необходимой температуры в диапазоне 300-500°C, подачу паров алкоксисилана, преимущественно - тетраэтоксисилана, и окислителя в виде смеси кислорода и озона, с концентрацией последнего в первом в диапазоне 0-16 вес.%, поддержание рабочего давления в реакторе в диапазоне 0,5-760 мм рт.ст., процесс осаждения осуществляют циклами, состоящими из последовательных импульсов паров алкоксисилана и окислителя, разделенными импульсами продувочного инертного газа, причем длительность импульсов составляет 0,1-20 секунд, а количество циклов рассчитывают из необходимой толщины слоя и скорости осаждения слоя диоксида кремния за один цикл.
Использование: для получения мощных кремниевых транзисторов, в частности к способам получения фосфоро-силикатных стекол для формирования p-n переходов. Сущность изобретения заключается в том, что кремниевые пластины загружают в кварцевую лодочку, помещенную в кварцевую трубу, находящуюся внутри нагретой однозонной печи СДОМ-3/100.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к способам защиты кристаллов p-n-переходов. Техническим результатом изобретения является достижение стабильности и уменьшение температуры и длительности процесса.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к способам защиты поверхности p-n-переходов. Изобретение обеспечивает получение равномерной поверхности, уменьшение температуры и длительности процесса.

Изобретение относится к технологии полупроводниковой микро- и наноэлектроники, а именно к золь-гель технологии получения сегнетоэлектрических тонких стронций-висмут-тантал-оксидных пленок на интегральных микросхемах, применяемых в частности в устройствах энергонезависимой памяти типа FRAM.
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур, с пониженной плотностью дефектов.
Изобретение относится к технологии изготовления мощных транзисторов, в частности к методам получения защитных пленок для формирования активных областей p-n переходов.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве твердотельных газовых датчиков паров углеводородов.

Изобретение относится к технологии выращивания оксидных слоев и может быть использовано при создании защитных либо пассивирующих покрытий на поверхности металла или полупроводника.
Изобретение относится к технологии получения защитных пленок полупроводниковых приборов и интегральных схем. .

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для создания высококачественных мощных ДМОП транзисторов, КМОП интегральных схем, ПЗС-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 области изготовления деталей для оптических, акустоэлектронных и лазерных устройств, где в качестве активных и пассивных материалов используются тугоплавкие оксиды, преимущественно, двух-, трех- и четырехвалентных металлов, как в форме простых оксидов, так и сложных соединений.

Изобретение относится к области низкотемпературных технологий микро- и наноэлектроники и может быть использовано для создания радиационно-стойких интегральных схем и силовых полупроводниковых приборов. Оксид кремния получают путем нагрева кремния в атмосфере кислорода до температуры 250-400°C потоком электронов плотностью в интервале 2,5·1013-1014 см-2·с-1 с энергией 3,5-11 МэВ. Технический результат изобретения состоит в получении высококачественных низкотемпературных оксидов кремния с характерными для высокотемпературных термических оксидов параметрами: плотностью поверхностных состояний , максимальной величиной критического поля, минимальным разбросом пороговых напряжений и повышенной радиационной стойкостью. 1 ил.

Наверх