Способ изготовления полупроводникового прибора

Способ изготовления полупроводникового прибора

Реферат

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления транзисторов со структурой кремний- на- изоляторе, с пониженной плотностью дефектов.

Известен способ изготовления полупроводникового прибора [1] путем последовательного осаждения на поверхности кремниевой подложки слоя диоксида кремния и нанесения слоя поликристаллического кремния с последующей рекристаллизацией этого слоя. В полупроводниковых приборах изготовленные таким способом образуются переходные слои, которые ухудшают параметры полупроводниковых приборов.

Наиболее близким из известных является способ изготовления полупроводникового прибора имплантацией кислорода через подложку с последующим последовательным отжигом в атмосфере азота при температуре 1100°С, а затем при температуре 500°С [2]. В результате образуется слой диоксида кремния под слоем кремния.

Недостатками этого способа являются:

- низкая технологическая воспроизводимость;

- повышенная плотность дефектов;

- значительные токи утечки.

Задача, решаемая изобретением, снижение плотности дефектов в полупроводниковых приборах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных.

Задача решается путем формирования диоксида кремния имплантацией ионов кислорода с последовательным набором суммарной интегральной дозы 1,5·10¹⁸ см^-2 в три этапа (0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸), с энергией 150-200 кэВ, при температуре подложки 550-650°С, во время проведения процесса имплантации. Каждый этап включает отжиг при температуре 1150-1300°С в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода в течение 4-6 час.

Формирование слоя диоксида кремния имплантацией ионов кислорода в несколько этапов с промежуточными высокотемпературными отжигами снижает плотность дефектов за счет образования с примесными атомами комплексов из вакансий и междоузельных дефектов и диффузионного перераспределения атомов кислорода.

Технология способа состоит в следующем:

в кремниевой полупроводниковой подложке имплантируют ионы кислорода с энергией 150-200 кэВ в три этапа.

Первый этап включает имплантацию ионов кислорода дозой 0,5·10¹⁸ см^-2 и отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С.

Второй этап включает имплантацию ионов кислорода дозой 0,5·10¹⁸ см^-2 и последующий отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С.

Третий этап включает имплантацию ионов кислорода дозой 0,5·10¹⁸ см^-2 и последующий отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С.

В каждом этапе отжиг проводили в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода. В процессе имплантации кислорода температуру подложки поддерживали в диапазоне температур 550-650°С.

В результате в полупроводниковой подложке формируется диоксид кремния, а поверх нее в слое кремния снижается плотность дефектов.

Затем наращивают эпитаксиальную пленку поверх слоя кремния нужной толщины и в нем создают активные области полупроводникового прибора по стандартной технологии.

По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы. Результаты обработки представлены в таблице 1.

Таблица
Параметры п/п структур, изготовленных по стандартной технологии	Параметры п/п структур, изготовленных по предлагаемой технологии
Ток утечки Iут·1012, А	плотность дефектов N, см-2	Ток утечки Iут·1012, А	плотность дефектов N, см-2
4,7	5·105	0,3	4,2·104
5,1	8·105	0,5	6,7·104
4,5	7·105	0,4	5,4·104
3,2	2·105	0,2	1,1·104
2,1	2,5·105	0,1	1,5·104
5,7	1·105	0,3	0,7·104
6,4	6·105	0,5	4,5·104
9,7	3,5·105	0,7	2,2·104
4,4	8,5·105	0,4	6,9·104
9,0	4·105	0,5	3,1·104
7,3	5,2·105	0,3	4,4·104
5,4	1,7·105	0,4	0,9·104
5,0	3·105	0,2	1,4·104

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

Технический результат: снижение плотности дефектов; уменьшение токов утечки; обеспечение технологичности процесса изготовления полупроводникового прибора; улучшение параметров полупроводниковых приборов; повышение процента выхода годных приборов.

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

Предложенный способ изготовления полупроводникового прибора путем формирования слоя диоксида кремния имплантацией ионов кислорода с энергией 150-200 кэВ, в три этапа с интегральной дозой 1,5-10¹⁸ см^-2 (0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸), каждый этап который включает отжиг в течение 4-6 часов при температуре 1150-1300°С в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода, позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.

Источники информации

1. Патент №292768 ГДР, МКИ H01L 21/20.

2. Патент №5061642 США, МКИ H01L 21/477.

Способ изготовления полупроводникового прибора, включающий формирование в кремниевой подложке слоя диоксида кремния имплантацией ионов кислорода и последующего отжига, отличающийся тем, что слой диоксида кремния в кремниевой подложке формируют имплантацией ионов кислорода с последовательным набором суммарной интегральной дозы 1,5·10¹⁸ см^-2 в три этапа (0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸+0,5·10¹⁸), с энергией 150-200 кэВ, при температуре подложки 550-650°С, с последующим отжигом в атмосфере аргона с добавлением 0,5% кислорода при температуре 1150-1300°С в течение 4-6 ч в каждом этапе, а затем наращивают эпитаксиальную пленку поверх слоя кремния нужной толщины и создают активные области полупроводникового прибора.