СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ Российский патент 1997 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС). Работа МОП-структуры, в частности ФПЗС, основана на специфических свойствах границы раздела Si-SiO₂.

Для улучшения параметров границы раздела Si-SiO₂ при изготовлении МОП-структур используют термообработку в различных газовых средах. Известен способ изготовления МОП-структур, включающий создание на кремниевых пластинах подзатворного окисного слоя, электродов из поликристаллического кремния, пассивирующего окисла и отжиг в водороде при 800 900^oC в течение 1 ч (см. Appl. Surface Sci. 1989, v. 39, N 1-4, p. 511 522, Aut. Nissan Cohen Yoav. ). Отжиг в водороде по указанному режиму приводит к увеличению плотности связей Si-H на границе раздела Si-SiO₂ и повышает концентрацию ловушек горячих носителей, что делает приборы более стойкими к радиационным воздействиям. Вместе с тем, проведенные исследования (см. IEEE Electron Dev. Lett, 1988, v. 9, N 6, p. 287 289, Aut. Hsu F.-C.etc.) показали, что высокотемпературный отжиг снижает время и заряд пробоя подзатворного окисного слоя, что ухудшает пробивные характеристики MOSFET-приборов и уменьшает процент выхода годных.

Известен способ изготовления МОП-структур, включающий создание на кремниевых пластинах подзатворного окисного слоя, отжиг в газовой среде состава: 10% H₂ + 90% N₂, в чистом водороде или в атомарном водороде при температурах 180, 250 и 400^oC в течение 1-4 ч, формирование металлических электродов, отжиг при 400^oC в азоте в течение 20 мин и контроль электрических параметров [1] Установлено, что отжиг кремниевых пластин с окисным слоем в атомарном водороде при 400^oC в течение 4 ч эффективно снижает плотность поверхностных состояний на границе раздела Si-SiO₂. Недостатком способа является необходимость применения сложных конструкторский и технологических приемов для формирования атомарного водорода, отсутствие в промышленном производстве устройств для проведения такого отжига.

Известен способ изготовления МОП ИC, включающий создание на кремниевых пластинах активных и пассивных элементов, формирование металлической разводки из алюминия, вжигание алюминия и контроль на функционирование [2] Вжигание алюминия проводят в газовой среде, содержащей водород, при температуре до 500^oC. Это улучшает качество контакта металлической разводки из алюминия с кремниевыми пластинами. Кроме того, эта операция способствует отжигу радиационных повреждений, которые могут возникнуть при напылении алюминия.

Вместе с тем установлено (см. IEEE Electron Dev. Lett. 1985, v. 6, N 7, p. 369 371), что отжиг в водороде по указанному режиму снижает наработку на отказ МОП-структур из-за формирования дополнительных связей Si-H, Si-OH на границе раздела Si-SiO₂ и увеличения отрицательного влияния горячих носителей заряда на характеристики приборов.

Техническим результатом изобретения является увеличение процента выхода годных ФПЗС за счет повышения эффективности переноса заряда в регистре.

Указанный результат достигается тем, что в способе изготовления ФПЗС, включающем создание на кремниевых пластинах активных и пассивных элементов, формирование металлической разводки из алюминия, вжигание алюминия, контроль на функционирование и отбраковку ФПЗС, кремниевые пластины, содержащие менее 50% забракованных при контроле на функционирование ФПЗС, подвергают отжигу в газовой смеси водорода и инертного газа с содержанием водорода 30-50 об. при температуре 400-450^oC в течение 10-16 ч, охлаждают в инертной газовой среде и повторяют контроль на функционирование.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что кремниевые пластины с сформированными на них ФПЗС, забракованные на операции "контроль на функционирование", подвергают длительному отжигу в газовой смеси водорода и инертного газа, например азота или аргона, и повторяют контроль на функционирование. Предлагаемая последовательность операций и предлагаемый режим отжига кремниевых пластин после отбраковки ФПЗС восстанавливают работоспособность ФПЗС и приводят к увеличению процента выхода годных приборов в 1,5-2 раза за счет повышения эффективности переноса заряда в регистре.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ изготовления ФПЗС, включающий длительный (10-16 ч) отжиг кремниевых пластин с сформированными на них ФПЗС, забракованных на операции "контроль на функционирование", в водороде или смеси водорода с инертным газом при 400-450^oC с последующим охлаждением в инертной газовой среде для восстановления работоспособности ФПЗС и повышения выхода годных приборов.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что предлагаемая последовательность операций и отжиг кремниевых пластин с сформированными на них ФПЗС, забракованных на операции "контроль на функционирование", в предлагаемом температурно-временном интервале и в предлагаемом составе газовой смеси с последующим охлаждением в инертной газовой среде приводит к увеличению выхода годных приборов в 1,5-2 раза за счет повышения эффективности переноса заряда в регистре.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, т.к. для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы широко распространенной планарной технологии.

Пример выполнения.

Кремниевые пластины марки КЭФ 20 окисляют при 1150^oC, проводят фотолитографию и ионное легирование мышьяком для формирования стоп-каналов. Далее маскирующий окисел стравливают, проводят химическую обработку поверхности пластин по стандартному режиму, повторно окисляют пластины при 1150^oC для формирования подзатворного окисла толщиной 0,15 мкм, сверху выращивают первый слой поликремния толщиной 0,165 мкм и легируют его фосфором при 950^oC. В этом слое поликремния методом фотолитографии формируют топологический рисунок. В областях кремниевых пластин, незащищенных поликремнием, подзатворный окисел стравливают, проводят химическую обработку по стандартному режиму, вновь окисляют пластины при 1160^oC до толщины окисла 0,15 мкм, выращивают второй слой поликремния, легируют его фосфором и формируют в нем топологический рисунок методом фотолитографии. Аналогичные операции от травления окисла до фотолитографии по поликремнию проводят для создания третьего слоя поликремния. Далее методом ионного легирования B⁺ создают стоково-истоковые области ФПЗС, проводят операцию геттерирования диффузией фосфора в нерабочую сторону кремниевых пластин, наносят защитный пиролитический окисел. Затем на кремниевые пластины с сформированными активными и пассивными элементами напыляют слой алюминия, создают в нем рисунок металлической разводки методом фотолитографии и проводят отжиг в газовой среде, содержащей водород, при 400^oC, 40 мин для вжигания алюминия. После этого проводят контроль статических параметров ФПЗС и контроль на функционирование. Одним из критических параметров ФПЗС является эффективность переноса заряда в регистре, которую проверяют при контроле на функционирование путем зондовых измерений. После отбраковки ФПЗС кремниевые пластины, содержащие менее 50% забракованных структур, подвергают повторному отжигу по следующему режиму: 400-450^oC; длительность 10-16 ч; состав газовой среды: водород и инертный газ с содержанием водорода 30-80 об. После отжига кремниевые пластины охлаждают в инертной газовой среде (азот или аргон) и повторяют операцию "контроль на функционирование".

Результаты выполнения предлагаемого способа представлены в таблице.

Представленные экспериментальные данные показывают, что отжиг кремниевых пластин, содержащих забракованные на операции "контроль на функционирование" ФПЗС, приводит к уменьшению количества забракованных ФПЗС и соответственно к повышению выхода годных приборов в 1,5 2 раза. Положительный эффект достигается за счет повышения эффективности переноса заряда в регистре.

Обоснование предлагаемых пределов:
1. Отжиг по предлагаемому режиму кремниевых пластин, содержащих более 50% забракованных при контроле на функционирование ФПЗС, не дает увеличения выхода годных, т. к. такие пластины, как правило, имеют окончательный брак, не поддающийся корректировке.

2. При отжиге в газовой смеси водорода и инертного газа с содержанием H₂ менее 30% (пример 6) положительный эффект не достигается. Отжиг в газовой среде с содержанием водорода более 80% в производственных условиях нежелателен из соображений техники безопасности.

3. Отжиг при температуре ниже 400^oC (пример 1) и при температуре выше 450^oC (пример 5) не уменьшает количество забракованных ФПЗС на кремниевых пластинах.

4. Длительность отжига менее 10 ч (пример 8) не увеличивает выход годных ФПЗС, а при длительности выше 16 ч (пример 9) достигается такой же результат, как и при длительности 16 ч. С другой стороны, необоснованное увеличение длительности отжига приводит к нежелательному снижению производительности труда и неоправданным энергетическим затратам.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа заключается в повышении выхода годных ФПЗС, ранее забракованных на операции "контроль на функционирование", за счет повышения эффективности переноса заряда в регистре.

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к технологии изготовления фоточувствительных приборов с зарядовой связью. Сущность изобретения: кремниевые пластины со сформированными на них фоточувствительными приборами с зарядовой связью, содержащие менее 50% забракованных при контроле на функционирование приборов, подвергают отжигу в газовой смеси водорода и инертного газа с содержанием водорода 30-80 об.% при температуре 400 - 450^oC в течение 10 - 16 ч, охлаждают в инертном газе и повторяют контроль на функционирование. Указанная обработка восстанавливает работоспособность фоточувствительных приборов с зарядовой связью и увеличивает процент выхода годных приборов в 1,5 - 2 раза за счет повышения эффективности переноса заряда в регистре. 1 табл.

Способ изготовления фоточувствительных приборов с зарядовой связью, включающий создание на кремниевых пластинах активных и пассивных элементов, формирование металлической разводки из алюминия, вжигание алюминия, контроль на функционирование и отбраковку фоточувствительных приборов с зарядовой связью, отличающийся тем, что кремниевые пластины, содержащие менее 50% забракованных при контроле на функционирование фоточувствительных приборов с зарядовой связью, подвергают отжигу в газовой смеси водорода и инертного газа с содержанием водорода 30 80 об. при 400 450^oС в течение 10 16 ч, охлаждают в инертном газе и повторяют контроль на функционирование.