СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ДЕФЕКТНОСТИ ДВУХСЛОЙНОГО ДИЭЛЕКТРИКА В СТРУКТУРЕ ПРОВОДНИК - НИТРИД КРЕМНИЯ - ОКИСЕЛ КРЕМНИЯ - ПОЛУПРОВОДНИК Советский патент 1995 года по МПК H01L21/04 

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении логических и запоминающих интегральных схем на основе структуры проводник нитрид кремния окисел кремния полупроводник (МНОП).

Известен способ уменьшения дефектности однослойного или двухслойного диэлектрика в структурах проводник диэлектрик полупроводник.

Его надостатком является ухудшение термополевой стабильности диэлектрика вследствие воздействия пучка ионов на диэлектрике, а также ограничение величины пробивного напряжения структуры напряжением пробоя областей, образовавшихся в местах сквозных пор в диэлектрике при легировании структуры соответствующим типом примеси.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ уменьшения дефектности двухслойного диэлектрика в структуре проводник нитрид кремния полупроводник, заключающийся в проведении термообработки структуры нитрид кремния окисел кремния полупроводник в атмосфере кислорода перед нанесением проводника.

Целью изобретения является увеличение времени хранения информации в структуре.

Поставленная цель достигается тем, что в способе уменьшения дефектности двухслойного диэлектрика в структуре проводник нитрид кремния оксид кремния полупроводник, заключающемся в проведении термообработки структуры нитрид кремния окисел кремния полупроводник в атмосфере кислорода, термообработку проводят в атмосфере влажного кислорода при температуре 800-1150^оС в пределах одного часа, затем с поверхности нитрида кремния удаляют пленку окисла кремния, образовавшуюся в процессе термообработки, перед нанесением проводника проводят отжиг в атмосфере водорода при 700-1000^оС в течение 30-60 мин. Отжиг в атмосфере водорода проводят одновременно с изготовлением поликремниевого проводника.

Проведение термообработки в атмосфере влажного кислорода более чем на порядок увеличивает скорость окисления кремния в сквозных порах и скорость окисления поверхности нитрида кремния по сравнению с термообработкой в атмосфере сухого кислорода. При этом полное заращивание окислом сквозных пор в двухслойном диэлектрике, а также образование слоя окисла на поверхности нитрида кремния, адсорбирующего примеси из приповерхностного слоя нитрида кремния, происходит при значительно меньшем времени термообработки (или при меньшей температуре, но тем же времени). Это позволяет свести к минимуму ухудшение запоминающих свойств нитрида кремния при термообработке и сохранить возможность их восстановления в последующих операциях.

Удаление (стравливание) пленки окисла кремния с поверхности нитрида кремния необходимо для восстановления электрофизических характеристик контакта проводника с нитридом кремния и, кроме того, обеспечивает ликвидацию поверхностного загрязнения нитрида кремния.

Отжиг в атмосфере водорода необходим для восстановления запоминающих свойств пленки нитрида кремния и структуры в целом.

Термообработка при 800^оС в течение одного часа достаточна для окисления сквозных пор в диэлектрике до толщин порядка 40-60 нм, в результате чего обеспечивается достижение цели изобретения, при меньших температурах эффективность окисления резко падает и толщина окисла в порах недостаточна для реализации данного способа. По мере повышения температуры время термообработки можно уменьшить, в частности при Т 1150^оС ограничиться 5-10 мин, что повышает производительность установки по проведению термообработки. Коме того, термообработку при температурах 950-1150^оС можно совместить с процессом разгонки ранее введенной примеси. Проводить термообработку при температурах более высоких чем 1150^оС нецелесообразно, так как при этом резко возрастают остаточные механические напряжения в структуре, становится трудно контролировать процесс окисления поверхности тонких пленок нитрида кремния, необратимо изменяются запоминающие свойства нитрида кремния вследствие его кристаллизации.

Диапазон температур, в котором следует выполнять отжиг, скорректирован с температурой термообработки: если температура термообработки не превышает 900-950^оС, то восстановление запоминающих свойств нитрида кремния достигается при достаточно низких температурах отжига (700-800^оС). Отжиг при температурах ниже температуры синтеза нитрида кремния (700^оС) неэффективен. В том случае, когда температура предшествующей термообработки высока (1000-1150^оС), отжиг следует проводить при повышенных температурах (порядка 950-1000^оС). Отжиг при Т > 1000^оС неэффективен из-за необратимой кристаллизации пленок нитрида кремния.

Время насыщения структуры водородом при температуре 700-1000^оС лежит в диапазоне 30-80 мин. Поэтому при длительности отжига, меньшей 30 мин, восстановления запоминающих свойств не происходит. Увеличение длительности отжига до более 60 мин не дает существенного вклада в улучшение запоминающих свойств.

Последовательность технологических операций показана на фиг.1-3; на фиг. 1 показана кремниевая подложка с двухслойным диэлектриком, в котором есть сквозные поры; на фиг.2 выращенный в порах окисел кремния; на фиг.3 структура полупроводник двухслойный диэлектрик проводник.

На фиг. 1-3 приняты следующие обозначения: нитрид кремния 1, окисел кремния 2, кремний 3, поры 4 и 5, примесь 6, выращенный в порах окисел кремния 7, пленка 8 окисла кремния на нитриде кремния, проводник 9.

П р и м е р. Способ применяется для уменьшения дефектности двухслойного диэлектрика нитрид кремния 1 окисел кремния 2 в МНОП-структуре, изготовленной в стандартных технологических процессах на полупроводниковой подложке 3, например кремниевой, марки КДБ-12, с толщинами слоев окисла кремния и нитрида кремния 5 и 35 нм соответственно. Типичными дефектами для такой структуры являются сквозные поры в двухслойном диэлектрике и нитриде кремния, а также загрязнения поверхности нитрида кремния (см. фиг.1).

Сначала структура нитрид кремния 1 окисле кремния 2 кремний 3 подвергается термообработке в атмосфере влажного кислорода при 950^оС в течение 30 мин. При этом в порах 4 и 5 вырастают области окисла кремния 7 толщиной 350-400 нм, а на поверхности нитрида кремния 1 образуется пленка 8 окисла кремния толщиной 4-6 нм, которая адсорбирует большую часть поверхностной примеси 6 (см.фиг.2).

Затем образовавшуюся при термообработке поверхностную пленку 8 окисла удаляют (стравливают), например, в стандартном буферном травителе, состоящем из HF, H₂O, H₂O₂, в течение 15 с. При этом не происходит существенного уменьшения толщины областей окисла кремния 7 в порах, поскольку их толщина намного (в 50-60 раз) превосходит толщину приповерхностной пленки 8. Адсорбированные же пленкой 8 окисла кремния поверхностные загрязнения 6 в этой операции полностью удаляются. После удаления приповерхностной пленки 8 окисла кремния проводят отжиг в атмосфере водорода при 850^оС в течение 40 мин. В результате проводимость пленки нитрида кремния уменьшается на 2-3 порядка, что и приводит к увеличению времени хранения информации в структуре на столько же порядков.

Изготовление бездефектной МНОП-структуры завершают нанесением слоя проводника 9, например алюминия или поликристаллического кремния (см.фиг.3).

Использование данного способа обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества:
возможность получения бездефектных запоминающих МНОП-структур с большим временем хранения информации, что повысит надежность и процент выхода годных изделий;
возможность создания интегральных схем запоминающих устройств (ЗУ) на основе МНОП-структур с толщиной нитрида кремния менее 35 нм, например 20-35 нм, что позволяет в 1,5-2 раза повысить крутизну ВАХ запоминающих МНОП-транзисторов и, следовательно, быстроту считывания записанной в них информации и тем самым уменьшить программирующие напряжения с 25-30 до 12-15В, упростить конструкцию и повысить надежность высоковольтных схем управления ЗУ.

СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ДЕФЕКТНОСТИ ДВУХСЛОЙНОГО ДИЭЛЕКТРИКА В СТРУКТУРЕ ПРОВОДНИК НИТРИД КРЕМНИЯ ОКИСЕЛ КРЕМНИЯ ПОЛУПРОВОДНИК, заключающийся в проведении термообработки структуры нитрид кремния окисел кремния - полупроводник в атмосфере кислорода перед нанесением проводника, отличающийся тем, что, с целью увеличения времени хранения информации в структуре, термообработку проводят в атмосфере влажного кислорода при температуре 800 - 1150 ^oС в пределах одного часа, затем с поверхности нитрида кремния удаляют пленку оксида кремния, образовавшуюся в процессе термообработки, и перед нанесением проводника проводят отжиг в атмосфере водорода при 700 - 1000^oС в течение 30 60 мин.