Способ изготовления тонкого слоя диоксида кремния

Способ изготовления тонкого слоя диоксида кремния

Реферат

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.

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.