Способ изготовления полупроводниковых приборов, преимущественно на основе монокристаллического кремния

 

А.Ф. Каннцее, В.В. Кунса, Н.В. Румен, А.Г. Черных, Л.Н.. Лытко, Г.М. Туманов и Н.А. Гордеев (72) Авторы изобретения (2l) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ПРИБОРОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НА ОСНОВЕ

МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Изобретение относится к технике изготовления интегральных схем, в частности для изготовления комплеметарных на основе металл-окиселполупроводник больших интегральных схем .

Известен способ изготовления полупроводниковых приборов на основе монокристаллического кремния (1)

Недостатком данного способа явля-.

ВВВ ются плохие электрофизические параметры интегральных схем вследствие загрязнения поверхности пластин кремния после механической резки, шлифовки и полировки и недостаточ35 ной очистки, что приводит к снижению выхода годных изделий.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления цифровых интегральных микросхем на МДПтранзисторах, заключающийся в том; что после химической и химической полировки пластины кремния проходят химическую обработку в растворах

2 солей и кислот. Затем на них выращивают маскирующий окисел толщиной

0,5-0,6 мкм при 1200оС. После onepa" ции фотолитографии по окислу и химической отмывки в кремниевые пластины проводят диффузию легирующей примеси из жидких источников при

950- 1000 С. Последующее создание подэатворного термического окисла происходит при 2000 С-1100 С на пластинах предварительно обработанных в кислотах и отмытых s деиониэованной воде. Следующие технологические операции выполняются в известной последовательности при низких температурах (напыление А1-Т 100оС, внесение Al-Т=500 С и т .д.) (21.

Недостатками способа изготовления полупроводниковых приборов является то, что .растворы реактивов (НГ О е ИН ОИВ НМО )а ИСПОЛЬэуЕМЫЕ при химической обработке пластин кремния перед термическими процессами окисления диффузии имеют дос924776 ин таточно высокий уровень примесей металлического типа, которые в процессе химобработки осаждаются на поверхности пластин и при последующих термических операциях остаются на поверхности, вызывая поверхностные утечки, дрейфы порогового напряжения полупроводникового прибора, кроме того окисные пленки, выращенные на кремниевых пластинах, прошедшие очистку в растворах реактивов имеют высокую дефектность (пористость) и неравномерность по толщине.

Неудовлетворительная электрическая стабильность окисной пленки Si0gi так как растворы реагентов, используемые при очистке пластин кремния сами являясь источниками металлических примесей,не обеспечивают достаточное удаление с поверхности пластин данных примесей. Высокий процент брака по пробивному напряжению между активными областями полупроводникового прибора, так как после очистки пластин кремния с рельефом на поверхности остаются всевозможные примеси, создающие поверхностные утечки, инверсионные слои и тем самым снижающие пробивные напряжения. Высокое содержание примесей, остающиеся на поверхности пластин кремния после их обработки в химреактивах, приводит к высокому встроенному заряду, что не позволяет снизить пороговое напряжение полупроводникового прибора (например ИДП-транзистор).

Цель изобретения — улучшение электрофизических параметров полупроводниковых приборов.

Указанная цель достигается тем, 40 что способ изготовления полупроводниковых приборов, преимущественно на основе монокристаллического кремния„ включающий химическую очистку пластин кремния в травильных растворах, гидромеханическую очистку пластин, термическое окисление пластин кремния, формирование активных областей Pи и-типа проводимости, перед операциями термического окисления пластин кремния и формирования активных областей P - -и и-типов проводимости осуществляют дополнительную очистку пластин кремния в парах водного раствора соляной кислоты, причем допол- Ю нительную очистку проводят при температуре проведения операций термического окисления кремния и формирования активных областей р- и и-типов проводимости соответственно.

Пример. Полупроводниковые пластины кремния с удельным сопротивлением 20 ом см с ориентацией (100)обезжиривают в кипящем перекисно-аммиачном растворе (H@0 йН4.ОН, НпО = 9:3:7) в течение

15 мин, отмывают в проточной деионизованной воде, обрабатывают в концентрированной азотной кислоте при

90-100 С в течение 10 мин, отмывают в проточной деионизованной воде, повторно обрабатывают в кипящем перекисно-аммиачном растворе в течение 15 мин, отмывают в проточной деионизованной воде, обрабатывают гидромеханическим способом с помощью мягких беличьих флейц и сушат на центрифуге. Отмытые пластины кремния помещают в кассету-лодочку и загружают в зону кварцевой трубы с температурой процесса первого окисления, равной (1000 C

После отмывки пластин по стандартной технологии, загружают пластины кремния в реакционную камеру, снова проводят очистку пластин кремния в потоке пара водного раствора соляной кислоты в течение 8 мин в едином процессе перед операцией нРазгонка активной примеси". Пары водного раствора соляной кислоты захватываются потоком инертного газа (путем его продувки через парогенератор) и поступают в зону реакции. Очистку пласт кремния и разгонку примеси осуществляют в соответствии с требования924776

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 2829/70 Тираж 758 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ми технологического режима при 1200t

Ф1

Режим очистки в потоке пара водного раствора соляной кислоты перед вторым окислением пластин кремния и режим процесса второго окисления такой же как и вышеописанный процесс первого окисления. Обработанные пластины кремния в перекисно-аммиачном и кислотных растворах по схеме отмывки пластин перед первым окислением, очищают парами водного раствора

НС перед окислением подзатворного диэлектрика при !100 С в течение

3-х мин, а затем s едином цикле

15 при этой же температуре выращивают окисную пленку Si0@ толщиной 0,11мкм в среде сухого кислорода.

Диффузию бора и фосфора для получения активных исток-стоковых облас- 20 тей р- и и-канальных транзисторов

БИС и, соответственно, очистку пластин кремния и потока пара водного раствора НС осуществляют при 980 С>»

1 в течение 5 и 7 мин соответственно. С целью равномерного поступления паров водного раствора НС8 в зону реакции с находящимися в ней пластинами кремния на данных опера.циях также, как и на предыдущих one- 30 рациях (I, II окисления, разгонки активной примеси) используют продувку через парогенератор инертным газом.

Предлагаемый способ очистки пластин кремния в потоке пара водного раствора соляной кислоты, осуществляемый в едином процессе при температуре окисления и диффузии, позволяет получать качественные окисные плен- 4в ки Si0g, отличающиеся от стандартных окислов Si0g низкой пористостью и высокой равномерностью по толщине.

Благодаря очищающему действию паров водного раствора соляной кислоты, 5 поверхности пластин кремния, снизился уровень плоских зон на 1-1,5 В, улучшилась электрическая стабильность в

4-5 раэ, повысилось пробивное напряжение между областями "карман"50 подложка и исток-сток р.- и и-канальных транзисторов KNOT БИС на 30-40ь

vr тем самым увеличился процент выхода годных структур.

Опытные партии очистки пластин кремния, которые осуществлялись по данному способу, показали его высокую эффективность при изготовлении больших интегральных схем, увеличился процент выхода годных схем ориентировочно на 30-403.

Существенное повышение эффективности предлагаемого способа .очистки пластин кремния достигнуто, благодаря более качественной очистке поверхности пластин в потоке пара водного раствора соляной кислоты в едином цикле с процессами окисления и диффузии.

Способ изготовления полупроводниковых приборов, преимущественно на основе монокристаллического кремния, включающий химическую очистку пластин кремния в травильных растворах, гидромеханическую очистку пластин, термическое окисление пластин кремния, формирование активных областей ри и-типа проводимости, о т л и ч.аю шийся тем, что, с целью улучшения злектрофизических параметров полупроводниковых приборов, перед операциями термического окисления пластин кремния и формированием активных областей р- и и-типов проводимости осуществляют дополнительную очистку пластин кремния в парах водного раствора соляной кислоты, причем дополнительную очистку проводят при температуре проведения операций термического окисления кремния и формирования активных областей р- и и-типов проводимости соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Скворцов А.И. Технология производства полупроводниковых приборов, "Энергия", 1968, с. 147-150.

2. Валиев К.А; и др. Цифровые интегральные схемы на МДА-транзисторах.

И., "Советское радио", 1971, с. 294-307.