close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6430

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6430
(13) C1
(19)
7
(51) H 01L 21/268, 21/26
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ
МДП - ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
(21) Номер заявки: a 20010329
(22) 2001.04.09
(46) 2004.09.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Автор: Сенько Сергей Федорович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
BY 6430 C1
(57)
Способ изготовления кремниевых МДП-интегральных схем, включающий последовательное формирование в кремниевой подложке поднитридного оксида кремния, пленки
нитрида кремния, формирование областей охраны с помощью локального окисления
кремния, удаление пленки нитрида кремния, формирование затвора на подзатворном диэлектрике, истоков и стоков полевых транзисторов, диэлектрической изоляции, системы
металлизации и пассивирующего покрытия, отличающийся тем, что в качестве подзатворного диэлектрика используют поднитридный оксид кремния, а после удаления пленки
нитрида кремния проводят отжиг в сухом кислороде при температуре 1073-1123 °K в течение 10-30 мин.
(56)
Зи.С. Технология СБИС. - М.: Мир, 1986. - С. 207-212.
BY 973 C1, 1995.
RU 1519452 C, 1995.
RU 2053586 C1, 1996.
SU 141941 A1, 1995.
SU 1176777 A1, 1995.
US 4619034 A, 1986.
US 4149307 A, 1979.
JP 6005536 A, 1994.
Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления кремниевых МДП ИС.
Известен способ изготовления кремниевых МДП ИС, включающий формирование в
подложке n-типа p- и n-карманов, формирование межкомпонентной изоляции, формирование подзатворного диэлектрика, затвора, истоков и стоков n+- и p+-типов, нанесение диэлектрического покрытия и формирование металлизации [1].
BY 6430 C1
Недостатком способа является наличие большого количества операций при формировании активной структуры. Формирование карманов двух типов и межкомпонентной изоляции
требует двукратного нанесения пленки нитрида кремния, операция нанесения которого является очень критичной. Это приводит к высокой дефектности структур, загрязнению неконтролируемыми примесями, что снижает радиационную стойкость МДП-приборов, т.к. примеси загрязняют подзатворный диэлектрик, что снижает его стойкость к ионизации.
Наиболее близким к изобретению, его прототипом, является способ изготовления кремниевых МДП-интегральных схем, включающий последовательное формирование в кремниевой подложке поднитридного оксида кремния, пленки нитрида кремния, областей охраны с
помощью локального окисления кремния, удаление нитрида и поднитридного оксида кремния, формирование подзатворного оксида кремния, затвора, истоков и стоков полевых транзисторов, диэлектрической изоляции, межсоединений и пассивирующего покрытия [2].
По сравнению с аналогом указанный способ предусматривает использование однократного нанесения пленки нитрида кремния. Это несколько снижает трудоемкость способа и дефектность структур. Тем не менее недостатками способа являются сравнительно
высокая его трудоемкость вследствие большого числа операций при формировании активной структуры и низкая радиационная стойкость вследствие загрязнения подзатворного диэлектрика неконтролируемыми примесями, т.к. в процессе термического окисления,
применяемого для формирования подзатворного диэлектрика, неконтролируемые примеси
накапливаются в приграничном слое кремния и самом подзатворном оксиде [3].
Задачей изобретения является снижение трудоемкости за счет сокращения числа технологических операций и повышение радиационной стойкости подзатворного диэлектрика.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления кремниевых МДПинтегральных схем, включающем последовательное формирование в кремниевой подложке
поднитридного оксида кремния, пленки нитрида кремния, областей охраны с помощью локального окисления кремния, удаление нитрида кремния, формирование затвора на подзатворном диэлектрике, истоков и стоков полевых транзисторов, диэлектрической изоляции,
системы металлизации и пассивирующего покрытия, в качестве подзатворного диэлектрика
используют поднитридный оксид кремния, а после удаления пленки нитрида кремния проводят отжиг в сухом кислороде при температуре 1073-1123 °К в течение 10-30 минут.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в использовании поднитридного оксида кремния в качестве подзатворного. При этом исключаются операции
удаления оксида кремния и окисления под затвор со вспомогательными и контрольными
операциями, а вводится одна новая операция термообработки, которая по длительности
меньше, чем операция окисления под затвор, занимающая 3-4 часа. Таким образом, трудоемкость способа уменьшается. Повышение радиационной стойкости подзатворного диэлектрика достигается по следующим причинам. Оксид кремния имеет очень маленький
по сравнению с кремнием коэффициент линейного термического расширения (клтр). Поэтому на кремний на границе с оксидом кремния действуют сильные растягивающие механические напряжения. По этой причине загрязняющие примеси диффундируют к границе кремний - оксид кремния. Часть из них остается в кремнии, а большая часть захватывается оксидом [3]. Эти примеси при облучении ионизируются легче, чем оксид
кремния, что приводит к росту токов утечки через МДП-структуру. Радиационная стойкость такой структуры сравнительно мала. Если же пленка оксида покрыта сверху пленкой нитрида кремния, клтр которого отличается от клтр оксида на большую величину, чем
клтр кремния, то в пленке нитрида кремния на границе с оксидом возникают еще большие
механические напряжения, чем в кремнии. По этой причине основная часть загрязняющей
примеси из кремния и оксида кремния переходит в нитрид кремния, который затем удаляется. Этот переход происходит при термообработке, каковой является операция локального окисления кремния. Таким образом, нитрид кремния является своеобразным встроенным геттером для примесей, не используемом в прототипе, т.к. при повторном окислении
2
BY 6430 C1
под затвор загрязняющие примеси опять диффундируют из объема пластины в подзатворный диэлектрик и накапливаются там. Проведение же отжига в предлагаемых режимах
необходимо для релаксации механических напряжений в структуре и удаления влаги из
подзатворного диэлектрика. Увеличения концентрации примеси в подзатворном диэлектрике при этом не происходит, т.к. температура и время отжига малы. Наоборот, в связи с
тем, что механические напряжения, внесенные нитридом кремния в оксид, наиболее высоки были там, где толщина оксида меньше, вследствие релаксации этих напряжений при
отжиге происходит отток примеси в более толстые слои локального оксида кремния. Таким образом, концентрация загрязняющих примесей в поднитридном оксиде уменьшается. Использование его в качестве подзатворного диэлектрика позволяет повысить радиационную стойкость изготавливаемых приборов.
Окислительная атмосфера отжига необходима для уплотнения оксида. В противном
случае при десорбции в процессе отжига поглощенной влаги в пленке образуются микропоры. Температурные и временные интервалы отжига выбраны из следующих условий.
При температуре менее 1073 °К, например 1023 °К, отжиг механических напряжений происходит медленно и не полностью, а при температурах более 1123 °К, например 1173 °К,
происходит диффузия примесей из объема пластины в подзатворный диэлектрик, что
снижает радиационную стойкость прибора. Время менее 10 минут недостаточно для полной релаксации механических напряжений, а проводить процесс в течение более 30 минут
нецелесообразно, т.к. дополнительных преимуществ это не дает.
На пластинах марки 100 КЭФ4,5(100) методами стандартных фотолитографии, химической обработки, окисления, ионного легирования, диффузии, формирования диэлектрических и проводящих покрытий формировали области кармана. Затем удаляли с пластин
оксид кремния и формировали поднитридный оксид кремния путем пирогенного окисления кремния при температуре 1123 °К до достижения толщины оксида 425 А°. Окисление
проводили на установке АДС 6-100. Затем на пластинах формировали пленку нитрида
кремния толщиной 0,2 мкм путем парофазной реакции силана с аммиаком на установке
"Изотрон-1". Далее в полученной структуре формировали рисунок охранных областей n- и
p-типа и формировали локальный оксид кремния путем термического окисления кремния
под давлением при температуре 1223 °К на установке "Термоком-М" до достижения толщины локального оксида кремния 1,0 мкм. Далее с пластин удаляли нитрид кремния в горячей смеси серной и фосфорной кислот. После этого проводили химическую отмывку
пластин в кислоте Каро и перекисно-аммиачном растворе и отжигали пластины в установке АДС 6-100. Режимы отжига приведены в таблице. При изготовлении образцов по
способу-прототипу после удаления нитрида кремния удаляли поднитридный оксид кремния, затем проводили химическую отмывку пластин и проводили окисление под затвор
пирогенным способом при температуре 1123 °К до достижения толщины оксида кремния
425 А°. Время проведения процесса составило 3,3 часа. Далее на всех структурах стандартными методами в соответствии с технологическим маршрутом формировали области
затвора, истоков и стоков n- и p-канальных транзисторов, диэлектрическую изоляцию,
систему металлизации и пассивирующее покрытие.
Радиационную стойкость полученных приборов оценивали по величине токов утечки I
через подзатворный диэлектрик, по времени τ достижения максимального тока через
структуру при их облучении рентгеновскими лучами с энергией до 34 кэВ на установке
ИРИС-1 [4]. Измерения проводились при мощности излучения 25000 рад/с и напряжении
на затворе МДП-структуры +20 В. Оценка качества структур проводилась по доле структур с напряжением пробоя более 20 В. Результаты измерения приведены в таблице.
3
BY 6430 C1
ТемпеВремя τ дос- Доля структур с
Время
Ток
№ Среда ратура
напряжением
тижения макотжига, утечки I,
Примечания
п/п отжига отжига,
симального то- пробоя более
мин
нА
ºК
20 В, N
ка, с
1
O2
1023
20
23
0,7
0,8
I. Скорость
деградации
2
O2
1073
20
15
1,5
1,0
порогового
3
O2
1093
20
15
1,5
1,0
напряжения
4
O2
1123
20
15
1,5
1,0
одинакова
5
О2
1143
20
15
0,9
1,0
для всех
6
О2
1098
5
20
1,0
1,0
структур
7
О2
1098
10
15
1,5
1,0
8
O2
1098
20
15
1,5
1,0
9
O2
1098
30
15
1,5
1,0
10
O2
1098
45
16
1,4
1,0
11
Ar
1098
20
20
1,0
0,8
12
N2
1098
20
20
1,0
0,7
13
Прототип
28
0,5
1,0
Из приведенных данных видно, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом
позволяет снизить трудоемкость изготовления МДП ИС за счет исключения одной операции и замены другой на менее длительную по времени, а также позволяет повысить радиационную стойкость формируемых МДП-структур за счет снижения токов утечки через
подзатворный диэлектрик при облучении и увеличения времени выхода структуры в режим насыщения, т.е. снижения скорости генерации носителей при облучении.
Источники информации:
1. Parrillo L.C., Payne R.S., Davis R.E., Reutlinger G.W., Field R.L. Twin-Tub CMOS - A
Technology for VLSI Circuits. IEEE Int. Electron Device Meet., Wash., D.C., 1980. - Р. 752.
2. Пример технологического процесса производства n-МОП ИС. В кн. Технология
СБИС: В 2-х кн. Кн. 2. Пер. с англ/Под ред. С.Зи. - Т. 1. - Мир, 1986. - С. 207-212 (прототип).
3. Комар В.А. Неконтролируемые примеси в полупроводниковых структурах на основе кремния и методы их геттерирования: Дис. … канд. физ.-мат. наук. - Мн., 1987.
4. Богатырев Ю.В., Вальчевский С.А., Шикина В.В. Установка для оценки стойкости
ИС к облучению в режиме функционального контроля. Материалы II межотраслевой научно-технической конференции: Надежность и контроль качества изделий электронной
техники. - М.: ЦНИИ: Циклон, 1992. - С. 55-56.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
198 Кб
Теги
by6430, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа