Способ изготовления планарных полупроводниковых приборов и интегральных схем

Способ изготовления планарных полупроводниковых приборов и интегральных схем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ИЗ ГО ТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий бомбардировку полупроводниковой пластины : . ионами и термообработку при темпераг. туре 670-JOOO К, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения качества полупррводниковых приборов и интегральных схем путем устранения образовавшихся стержнеобразных дефектов , после термообработки проводят очистку поверхности от пленки окисла и облучение полупроводниковой пластины электронами с энергией 220 кэВ - 1 мзВ, интенсивностью ло 10 5«10 - 1 -10 и дозой iZe .-« 10 см при комнатной температуре,

СО)Оа СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИК (19) (И) (51)4 Н 01 Ь 21/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

ЬР

ОЪ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

А0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3519765/18-25 (22) 08.12.82 (46) 07.08.89. Бюл. В 29 (71) Институт физики полупроводников

СО АН СССР и Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола (72) А,Л.Асеев, Н.Н.Герасименко„

В.В.Калинин и Л.И.Федина (53) 621.382.002(088.8) (56) Мазель Е.З., Пресс Ф.П. Планарная технология кремниевых приборов.M. Энергия, 1974, с.38.

Калинин В,В. и др. Физика и.техни" ка полупроводников, 1979, 13,. В 1, с. 28.

G.Nakamura. Y.Yokimoto "Ion—

Implantation in Semiconducter", Plenum Press, Nev Jork ап6 London, Eds, 8 Nausea, р.577, 1975.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известен способ создания полупро-. водниковых приборов, при котором проводят внедрение в пластину кремния ионов бора и фосфора и термообработку при температуре >< 1170 К.

Этот способ обладает существенными недостатками. При такой температуре термообработки становится заметной диффузия примеси, в результате чего меняются глубина р-и-перехода и геометрические размеры элементов, что приводит к ухудшению параметров

2 (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий бомбардировку полупроводниковой пластины ионами и термообработку при темпера-. туре 670-1000 К, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения качества полупррводниковых приборов и интегральных схем путем устранения образовавшихся стержнеобразных дефектов, после термообработки проводят очистку поверхности от пленки окисла и облучение полупроводниковой пластины электронами с энергией 220 кэ — 1 мзВ, интенсивностью

5 ° 10 - 1 "10 см с" (и дозой 1Π— a

48 М и

10 см при комнатной температуре. ее.-приборов. Для устранения этого дефекта уменьшают температуру термоооработки или проводят радиационно ускоренную диффузию при температуре ниже 1170 К.

Однако качество образующихся р-ппереходов при этом получается невы.сокое, что связано с образованием в облученном слое стержнеподобных дефектов, которые приводят к большимтокаи утечки через р-п-переход.

Наиболее близок к изобретению способ изготовления планетарных полупроводниковых приборов и интегральных схем, включающий бомбардировку полупроводниковой пластины ионами и термообработку.при температуре 6703 !1024!

1000 К. В данном способе для предотЪ вращения рбразования стержнеподобных дефектов перед имплантацией ио. нов бора проводят диффузию -олова в планарную сторону при температуре

1370 К для увеличения в приповерхностной области параметра решетки и создания там сжимающих напряжений.

В результате после имплантации ионов бора и отжига при температуре 970 К стержнеподобные дефекты не образуются, и качество р-и-переходов удов/ летворительное. !

Описанный способ также обладает существенными недостатками. В случае применения этого способа высока вероятность загрязнения пластины посторонними примесями. Кроме того, при-20 менение такого способа значительно усложняет технологический процесс, делает его невоспроизводимым по площади пластины и, следовательно, уменьшает процент выхода годных при- 25 боров. Длительная высокотемпературная обработка, необходимая для диффузии олова, часто бывает несовместима с другими этапами создания приборов и интегральных схем. Поэтому . 30 этот способ практически не изменяется. 11осле имплантации иоинов и отжига в активных областях приборов образуются стержнеподобные дефекты, и параметры приборов ухудшаются. Для улучшения параметров приборов необходимо устранить образовавшиеся дефекты.

Цель изобретения — улучшение качества полупроводниковых приборов и 40 интегральных схем путем устранения образовавшихся стержнеобразных дефектов.

Цель достигается тем, что в способе изготовления планарных полупро- 45 водниковых приборов и интегральных схем, включающем бомбардировку полупроводниковой пластины ионами и ". термообработку при температуре b70-!

000 К, после термообработки проводят очистку поверхности от пленки окисла и облучение полупроводниковой пластины электронами с энергией

220 кэ — 1мэВ, интенсивностью

5 ° 10 N - 1 !О см с " и дозой !О .

W.

10 см- при комнатной температуре.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что при облучении кремния электронами с энергией

) 220 кэВ вводятся радиационные дефекты (вакансии т междоузельные атомы), Эа счет разной подвижности при ком1 натной температуре междоузельные атомы выходят на повеохность(если на ней нет окисной пленки и других загрязнений), и в объеме образуется избыточная концентрация вакансий, которые взаимодействуют со стержнеподобными дефектами и растворяют их.

Энергия электронов должна быть больше или равна 220 кэВ, так как при меньших энергиях в объеме не будут создаваться радиационные дефекты.

Испольэовать электроны с энергией бо" лее мэВ невыгодно, так как сильно возрастают вес и стоимость ускорителя электронов. Интенсивность пучка электронов должна быть больше или равна 5>10" см < с-", так как при меньших интенсивностях облучения образующиеся точечные дефекты уходят на другие стоки в объеме кристалла и на поверхности, поэтому распада стержнеподобных дефектов не происходит. Однако интенсивность электронного пучка не должна превьппать

10 см-и с"", так как в противном по случае кристалл будет разрушаться.

Доза облучения должна быть больше или равна 1 О см поскольку при мейьших дозах облучения образующихся вакансий (с учетом потерь) не хватае, на уничтожение имеющихся стержнеподобных дефектов. Облучение дозой свыше 10 - см нецелесообразно так еа как требует большого времени облуче-! ния. Облучение следует проводить при комнатной температуре, так как при более низких температурах затруднено.. взаимодействие вакансий со стержнеподобными дефектами из-эа имеющегося энергетического барьера, а при температурах облучения вьппе комнатной вакансии приобретают большую подвижность и выходят на поверхность без взаимодействия со стержнеподобными дефектами. Наконец, перед облучением электронами необходимо очис- с тить поверхность пластины, чтобы обеспечить свободный выход междоузлий на поверхность. Очистка может проводиться травлением в плавиковой кислоте или любым другим известным способом, например конно-плазменным травлением.

КоРРектоР Э.Лончакова

ТехРед М. Ходанич

Редактор Л.Письман

Заказ 4915 Тираж 694, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

5 11024

Примеры использования способа.

Пример 1. Пластину кремния КДБ-10 облучили ионами фосфора энергией

Е = 100 кэВ, дозой Д = 1 ° 10 см -.. и отожгли в кислороде при 1073 К 30 мин 5

При этом в легированном слое были обнаружены мелкие дислокационные петли и стержнеподобные дефекты. Слой

Si0g стравили в плавиковой кислоте, и кристалл облучили электронами с .энергией Е = 220 кэВ. В качестве источника электронов использовали

° сверхвысоковольтный электронный микроскоп, в котором одновременно проводили наблюдение за распадом стерж- ) неподобных дефектов. Интенсивность облучения составляла 5 ° 10 см с

Через несколько секунд после начала облучения было замечено сокращение 20 длины. дефектов, а через 5 мин стержнеподобные дефекты исчезли полностью.

3а это время доза облучения составила 1,5<10 см . Температура обт разца во время облучения 300 К. 25

Пример. 2. Пластину кремния КЭФ-4, 5 облучали ионами бора, энергией

Е 50 кэВ, дозой Д = 5 10 см- и отожгли в кислороде при 1073 К 15 мин

При этом в легированном слое образовалось большое число стержнеподобных дефектов. Слой ЯхО стравили в плавиковой кислоте и провели облуче" ние образца электронами с энергией

1 мэВ. Облучение проводили в сверхвысоковольтном электронном микроско35 пе. Через 2 мин длина дефектов значительно уменьшилась, а через 6 мин они распались практически полностью.

16 6

Облучение проводилось пучком с интенсивностью 2 ° 10" см с . Доза облучения составила 7,2 10 см ал

Температура облучения комнатная.

Пример 3. Пластину кремния КЭФ-4 облучали ионами бора дозой 5 ° 10" см а затем .проВели радиационно ускорен-, ную диффузию путем облучения протонами с энергией 1 мэВ, дозой

Д = 2 ° 10" см при температуре

820 К. При этом в приповерхностном слое толщиной 1 мкм образовались стержнеподобные дефекты.. После очистки поверхности от следов окисла образец облучили электронами с энергией

0,5 мэВ, плотностью пучка 10 см с и дозой 10 см . Температура образца во время облучения была 300 К.

В облученном месте практически все стержнеподобные дефекты исчезли.

Предлаraемый способ обладает рядом преимуществ: — исключается высокотемпературная операция диффузионной эагонки примеси и связанные с ней операции химической обработки пластин, что упрощает технологию и уменьшает вероятность загрязнения кристаллов неконкт-, ролируемыми примесями;. — в настоящее время имеютя установки, позволяющие получать пучки высокоэнергетических электронов большой интенсивности что делает возможным достаточно быстро набирать необходимую дозу облучения, — процесс допускает групповую обработку пластин и может быть легко автоматизирован.