СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОГО СЛОЯ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H01L21/316 

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкого подзатворного слоя диоксида кремния с высокой диэлектрической прочностью.

Известен способ изготовления слоя диоксида кремния [Пат. №2128382 РФ, МКИ H01L 21/205] путем нанесения пленки диоксида кремния на кремниевую подложку и циклической низкотемпературной обработки структур в жидком азоте, чередующуюся через 30-60 с, с выдержкой при комнатной температуре. В пленках диоксида кремния, изготовленных таким способом, ухудшаются параметры за счет резкой смены температур.

Известен способ изготовления слоя диоксида кремния [Пат. №5132244 США, МКИ H01L 21/322] путем введения операции предварительного геттерирования и высокотемпературного отжига до и после окисления.

Недостатками этого способа являются:

- плохая технологическая воспроизводимость;

- низкая диэлектрическая прочность;

- значительные утечки.

Задача, решаемая изобретением: повышение диэлектрической прочности диоксида кремния, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных.

Задача решается путем применения двухстадийного процесса термического окисления кремния: сначала при низкой температуре во влажном О₂, а затем при повышенной температуре в атмосфере сухого О₂ с добавкой C₂HCl₃.Технология способа состоит в следующем. Исследование проводили на кремниевых подложках n-типа проводимости с удельным сопротивлением 10 Ом·см с ориентацией (111). Перед процессом окисления в диффузионной печи подложки кремния подвергались стандартной химической обработке. Затем проводили двухстадийное окисление: первую стадию окисления кремниевой подложки во влажном О₂ в диапазоне температур 850-1000°С в течение 3-4 мин; вторую стадию проводили в течение 9-11 мин в сухом О₂ с расходом 500 мл/мин и расходом N₂ через питатель C₂HCl₃ 80 мл/мин при 1010-1060°С. После окисления подложки подвергались отжигу в атмосфере N₂ или Ar в течение одного часа. В течение первой стадии окисления при низкой температуре в сухом О₂ наращивается SiO₂ с высокой диэлектрической прочностью, а на второй высокотемпературной стадии в атмосфере сухого О₂ с добавкой трихлорэтилена C₂HCl₃ связываются поверхностные состояния на границе Si/SiO₂. В результате на полупроводниковой подложке формируется диоксид кремния с повышенной диэлектрической прочностью.

По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы структуры диоксида кремния. Результаты измерений параметров представлены в таблице.

  Параметры п/п структур, изготовленных по технологии прототипа Параметры п/п структур, изготовленных по предлагаемой технологии   диэлектрическая прочность, мВ/см ток утечки, Iут·10¹², А диэлектрическая прочность, мВ/см ток утечки, Iут·10¹², А 1 3,3 97 22 4,5 2 3,2 84 20 4,0 3 3,0 76 17 3,5 4 3,0 89 18 4,2 5 3,4 93 20 4,3 6 2,5 68 15 3,1 7 2,9 87 17 4,3 8 2,7 77 16 3,9 9 3,1 91 18 4,4 10 2,6 72 15 3,5 11 2,5 65 14 3,4 12 2,8 83 19 3,9

Экспериментальные исследования показали, что выход годных структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 14,7%.

Технический результат: повышение диэлектрической прочности диоксида кремния, обеспечение технологичности, улучшение параметров, повышение качества и увеличение процента выхода годных.

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

Предложенный способ изготовления слоя диоксида кремния путем применения двухстадийного процесса термического окисления кремния сначала при температуре 850-1000°С во влажном О₂, а затем при температуре 1010-1060°С в атмосфере сухого О₂ с добавкой C₂HCl₃ позволяет повысить их надежность.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкого подзатворного слоя диоксида кремния с высокой диэлектрической прочностью. Изобретение обеспечивает повышение диэлектрической прочности диоксида кремния, обеспечивающей технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных. В способе изготовления тонкого слоя диоксида кремния проводят двухстадийный процесс термического окисления кремния: сначала при низкой температуре во влажном кислороде, а затем при повышенной температуре в атмосфере сухого кислорода с добавкой трихлорэтилена C₂HCl₃. 1 табл.

Способ изготовления тонкого слоя диоксида кремния, включающий окисление поверхности кремния, термический отжиг, отличающийся тем, что окисление проводят в две стадии, сначала во влажном О₂ в диапазоне температур 850-1000°С в течение 3-4 мин, затем в атмосфере сухого O₂ с добавкой трихлорэтилена при температуре 1010-1060°С в течение 9-11 мин с последующим отжигом в инертной среде в течение 60 мин.