СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА Российский патент 2008 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления транзисторов со структурой кремний- на- изоляторе, с пониженной плотностью дефектов.

Известен способ изготовления полупроводникового прибора [1] путем последовательного осаждения на поверхности кремниевой подложки слоя диоксида кремния и нанесения слоя поликристаллического кремния с последующей рекристаллизацией этого слоя. В полупроводниковых приборах изготовленные таким способом образуются переходные слои, которые ухудшают параметры полупроводниковых приборов.

Наиболее близким из известных является способ изготовления полупроводникового прибора имплантацией кислорода через подложку с последующим последовательным отжигом в атмосфере азота при температуре 1100°С, а затем при температуре 500°С [2]. В результате образуется слой диоксида кремния под слоем кремния.

Недостатками этого способа являются:

- низкая технологическая воспроизводимость;

- повышенная плотность дефектов;

- значительные токи утечки.

Задача, решаемая изобретением, снижение плотности дефектов в полупроводниковых приборах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных.

Задача решается путем формирования диоксида кремния имплантацией ионов кислорода с последовательным набором суммарной интегральной дозы 1,5·10¹⁸ см^-2 в три этапа (0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸), с энергией 150-200 кэВ, при температуре подложки 550-650°С, во время проведения процесса имплантации. Каждый этап включает отжиг при температуре 1150-1300°С в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода в течение 4-6 час.

Формирование слоя диоксида кремния имплантацией ионов кислорода в несколько этапов с промежуточными высокотемпературными отжигами снижает плотность дефектов за счет образования с примесными атомами комплексов из вакансий и междоузельных дефектов и диффузионного перераспределения атомов кислорода.

Технология способа состоит в следующем:

в кремниевой полупроводниковой подложке имплантируют ионы кислорода с энергией 150-200 кэВ в три этапа.

Первый этап включает имплантацию ионов кислорода дозой 0,5·10¹⁸ см^-2 и отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С.

Второй этап включает имплантацию ионов кислорода дозой 0,5·10¹⁸ см^-2 и последующий отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С.

Третий этап включает имплантацию ионов кислорода дозой 0,5·10¹⁸ см^-2 и последующий отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С.

В каждом этапе отжиг проводили в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода. В процессе имплантации кислорода температуру подложки поддерживали в диапазоне температур 550-650°С.

В результате в полупроводниковой подложке формируется диоксид кремния, а поверх нее в слое кремния снижается плотность дефектов.

Затем наращивают эпитаксиальную пленку поверх слоя кремния нужной толщины и в нем создают активные области полупроводникового прибора по стандартной технологии.

По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы. Результаты обработки представлены в таблице 1.

ТаблицаПараметры п/п структур, изготовленных по стандартной технологииПараметры п/п структур, изготовленных по предлагаемой технологииТок утечки I_ут·10¹², Аплотность дефектов N, см^-2Ток утечки I_ут·10¹², Аплотность дефектов N, см^-24,75·10⁵0,34,2·10⁴5,18·10⁵0,56,7·10⁴4,57·10⁵0,45,4·10⁴3,22·10⁵0,21,1·10⁴2,12,5·10⁵0,11,5·10⁴5,71·10⁵0,30,7·10⁴6,46·10⁵0,54,5·10⁴9,73,5·10⁵0,72,2·10⁴4,48,5·10⁵0,46,9·10⁴9,04·10⁵0,53,1·10⁴7,35,2·10⁵0,34,4·10⁴5,41,7·10⁵0,40,9·10⁴5,03·10⁵0,21,4·10⁴

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 14%.

Технический результат: снижение плотности дефектов; уменьшение токов утечки; обеспечение технологичности процесса изготовления полупроводникового прибора; улучшение параметров полупроводниковых приборов; повышение процента выхода годных приборов.

Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.

Предложенный способ изготовления полупроводникового прибора путем формирования слоя диоксида кремния имплантацией ионов кислорода с энергией 150-200 кэВ, в три этапа с интегральной дозой 1,5-10¹⁸ см^-2 (0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸), каждый этап который включает отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода, позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.

Источники информации

1. Патент №292768 ГДР, МКИ H01L 21/20.

2. Патент №5061642 США, МКИ H01L 21/477.

Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: при изготовлении полупроводникового прибора в кремниевой подложке формируют диоксид кремния имплантацией ионов кислорода с последовательным набором суммарной интегральной дозы 1,5·10¹⁸ см^-2 в три этапа (0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸), с энергией 150-200 кэВ, при температуре подложки 550-650°С, каждый этап включает отжиг при температуре 1150-1300°С в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода в течение 4-6 часов в каждом этапе. Затем наращивают эпитаксиальную пленку поверх слоя кремния нужной толщины и создают активные области полупроводникового прибора. Техническим результатом изобретения является снижение плотности дефектов в полупроводниковых приборах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных.

Способ изготовления полупроводникового прибора, включающий формирование в кремниевой подложке слоя диоксида кремния имплантацией ионов кислорода и последующего отжига, отличающийся тем, что слой диоксида кремния в кремниевой подложке формируют имплантацией ионов кислорода с последовательным набором суммарной интегральной дозы 1,5·10¹⁸ см^-2 в три этапа (0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸), с энергией 150-200 кэВ, при температуре подложки 550-650°С, с последующим отжигом в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода при температуре 1150-1300°С в течение 4-6 ч в каждом этапе, а затем наращивают эпитаксиальную пленку поверх слоя кремния нужной толщины и создают активные области полупроводникового прибора.