СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ТРАНЗИСТОРА Российский патент 2014 года по МПК H01L21/336 B82B3/00 

Изобретения относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкопленочных транзисторов с пониженной плотностью дефектов.

Известен способ изготовления тонкопленочного транзистора [Заявка 1276765 Япония, МКИ H01L 29/78] путем создания на стеклянной подложке квантово- размерной гетероструктуры Si/Ge/Si, которая покрывается изолирующим слоем. Боковые части структуры легируются фосфором для снижения последовательного сопротивления, а затвор из поликристаллического n-слоя кремния изолируется слоем диоксида кремния. В таких приборах из-за рассогласования кристаллических решеток образуются дефекты, которые ухудшают параметры полупроводниковых приборов.

Известен способ изготовления тонкопленочного транзистора [Заявка 225037 Япония, МКИ H01L 21/336] путем последовательного создания на диэлектрической подложке, со сформированными на ней электродами затворов, слоя диэлектрика затвора из нитрида кремния, слоя аморфного кремния, а на участке электрода затвора поверх слоя аморфного кремния формируется область из нитрида кремния. Затем без нарушения вакуума осаждаются слой аморфного кремния 100 нм и слой кремния толщиной 30 нм, легированный фосфором. Электроды истока и стока формируются путем удаления части слоев кремния.

Недостатками этого способа являются:

- повышенная плотность дефектов в структурах;

- низкая технологичность;

- образование механических напряжений.

Задача, решаемая изобретением: снижение плотности дефектов в полупроводниковых приборах, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышения качества и увеличения процента выхода годных.

Задача решается путем формирования аморфной пленки кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°C и последующей имплантации ионов фтора с энергией 25 кэВ, дозой 10¹⁴-5·10¹⁵ см^-2 и проведения отжига в атмосфере азота при температуре 200-220°C в течение 60 мин. Атомы фтора выступают в качестве междоузельных акцепторов, компенсируя n-примесь атомов фосфора в областях контактов и подавляет диффузию алюминия в процессе активационного отжига.

Технология способа состоит в следующем: при изготовлении тонкопленочного транзистора в качестве подложки использовали сильнолегированные монокристаллические пластины кремния n⁺-типа. Затем выращенный термическим окислением в сухом кислороде при 1000°C слой диоксида кремния толщиной 110 нм использовался в качестве изолятора затвора. В последующем формировали пленки аморфного кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°C и имплантировали ионы фтора с энергией 25 кэВ, дозой 10¹⁴-5·10¹⁵ см^-2. После имплантации образцы отжигались в атмосфере азота при температуре 200-220°C в течение 60 мин, а пассивирующий слой оксида кремния толщиной 150 нм наносили в плазме газовой смеси SiH₄ и N₂O при температуре 250°C в соотношении газовых потоков 15:85. В этом слое вытравливались окна для контактов истока и стока. Затем для создания тонкого n⁺ аморфного кремниевого слоя проводилась имплантация ионов фосфора энергией 30 кэВ и дозой 10¹⁶ см^-2, пластины металлизировались алюминием и на них формировались контакты с использованием фотолитографии. Для формирования омических контактов проводили после имплантационный отжиг при температуре 200°C в течение 30 мин.

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

Параметры п/п структур, изготовленных по стандартной технологии Параметры п/п структур, изготовленных по предлагаемой технологии Дрейфовая подвижность, см²/В·с плотность дефектов, см^-2 Дрейфовая подвижность, см²/В·с плотность дефектов, см^-2 2,3 4,8·10⁶ 4,7 2,5·10⁴ 3,1 4,1·10⁶ 6,0 2,2·10⁴ 4,5 2,8·10⁶ 8,8 1,1·10⁴ 2,7 4,5·10⁶ 5,3 2,7·10⁴ 4,2 3,0·10⁶ 8,1 1,3·10⁴ 3,7 3,9·10⁶ 7,2 1,7·10⁴ 2,9 4,2·10⁶ 5,5 2,0·10⁴ 4,4 2,7·10⁶ 8,3 1,2·10⁴ 3,8 3,7·10⁶ 7,5 1,8·10⁴ 2,4 4,7·10⁶ 4,6 2,4·10⁴ 4,1 3,1·10⁶ 7,9 1,6·10⁴ 3,9 4,2·10⁶ 7,4 2,2·10⁴ 2,6 4,5·10⁶ 4,8 2,5·10⁴ 3,3 4,0·10⁶ 6,5 1,9·10⁴

Экспериментальные исследования показали, что выход годных приборов, на партии пластин сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 17,8%.

Технический результат: снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличение процента выхода годных.

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

Предлагаемый способ изготовления тонкопленочного транзистора путем формирования аморфной пленки кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°С с последующей имплантацией ионов фтора с энергией 25 кэВ, дозой 10¹⁴-5·10¹⁵ см^-2 и проведения отжига в атмосфере азота при температуре 200-220°С в течение 60 мин позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкопленочных транзисторов с пониженной плотностью дефектов. В способе изготовления тонкопленочного транзистора в качестве подложки используют сильнолегированные монокристаллические пластины кремния n⁺-типа проводимости, в качестве изолятора затвора используют слой слой диоксида кремния толщиной 110 нм, выращенный термическим окислением в сухом кислороде при 1000°C, после чего формируют пленку аморфного кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°C и имплантируют ионы фтора с энергией 25 кэВ и дозой 10¹⁴-5·10¹⁵ см^-2. После имплантации образцы отжигают в атмосфере азота при температуре 200-220°С в течение 60 минут, наносят пассивирующий слой оксида кремния толщиной 150 нм в плазме газовой смеси SiH₄ и N₂O, а для создания тонкого n⁺ аморфного кремниевого слоя проводят имплантацию ионов фосфора энергией 30 кэВ и дозой 10¹⁶ см^-2. Техническим результатом изобретения является снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличение процента выхода годных. 1 табл.

Способ изготовления тонкопленочного транзистора, включающий формирование электродов затвора, контактов истока и стока, изолирование затвора слоем диоксида кремния, отличающийся тем, что в качестве подложки используют сильнолегированные монокристаллические пластины кремния n⁺-типа, затем выращенный термическим окислением в сухом кислороде при 1000°С слой диоксида кремния толщиной 110 нм используют в качестве изолятора затвора, в последующем формируют пленки аморфного кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°С и имплантируют ионы фтора с энергией 25 кэВ и дозой 10¹⁴-5·10¹⁵ см^-2 после имплантации образцы отжигают в атмосфере азота при температуре 200-220°С в течение 60 мин, пассивирующий слой оксида кремния толщиной 150 нм наносят в плазме газовой смеси SiH₄ и N₂O при температуре 250°С в соотношении газовых потоков 15:85, затем для создания тонкого n⁺  аморфного кремниевого слоя проводят имплантацию ионов фосфора энергией 30 кэВ и дозой 10¹⁶ см^-2.