СТРУКТУРА МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК СО СЛОЕМ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ, ЛЕГИРОВАННОГО АЗОТОМ
Authors: МУСТАФАЕВ Г.А. , ХАСАНОВ А.И. , БАТАШЕВ Д.А. 
Published: December 2024

В работе для снижения плотности поверхностных состояний описана технология изготовления планарных приборов с применением слоя поликристаллического кремния, легированного азотом с помощью ионного внедрения. На кремниевой подложке с ориентацией (100) выращивали тонкий слой окисла для структуры затвора приборов. Поверх окисла наносили с применением пиролиза слой поликристаллического кремния, который селективно растворяли так, чтобы маска оставалась лишь над областями истока, затвора и стока. Затем проводили ионное внедрение азота при энергии 12,5 кэВ и дозе 1017см–2, температура подложки при этом не превышала 100°С. После этого выполняли локальное окисление кремния при температуре 1100°С в атмосфере увлажненного кислорода и формировали элементы структуры прибора. С помощью повторного селективного травления слой поликристаллического кремния оставляли лишь над затвором, проводили диффузию фосфора для создания областей истока и стока, затем проводили ионное внедрение бора, через поликристаллический кремний и окисел в структуре затвора для обеспечения нужного порогового напряжения, в последующем наносили слой фосфорно-силикатного стекла и формировали металлизацию. Для снижения плотности поверхностных состояний выполняли низкотемпературный отжиг в атмосфере водорода. Исследования показали, что слой поликристаллического кремния, легированного азотом с помощью ионного внедрения, можно успешно применять для маскирования при селективном окислении кремниевых подложек взамен формируемых с помощью пиролиза пленок нитрида кремния. Рассмотренный процесс можно применять для изготовления сложных МОП схем, где необходима высокая плотность элементов.

In order to reduce the density of surface states, the work describes a technology for manufacturing planar devices using a layer of polycrystalline silicon doped with nitrogen using ion insertion. A thin oxide layer was grown on a (100)-oriented silicon substrate for the device gate structure. A layer of polycrystalline silicon was applied on top of the oxide using pyrolysis, which was selectively dissolved so that the mask remained only over the source, gate and drain regions. Then the ion introduction of nitrogen was carried out at an energy of 12.5 keV and a dose of 1017см–2, while the substrate temperature did not exceed 100°C. After this, local oxidation of silicon was performed at a temperature of 1100°C in an atmosphere of humidified oxygen and the structural elements of the device were formed. Using repeated selective etching, a layer of polycrystalline silicon was left only above the gate, diffusion of phosphorus was carried out to create source and drain regions, then ion introduction of boron was carried out through polycrystalline silicon and oxide in the gate structure to provide the desired threshold voltage, then a layer of phosphorus-silicate was applied glass and formed metallization. To reduce the density of surface states, low-temperature annealing was performed in a hydrogen atmosphere. Research has shown that a layer of polycrystalline silicon doped with nitrogen using ion intercalation can be successfully used for masking during the selective oxidation of silicon substrates instead of silicon nitride films formed by pyrolysis. The considered process can be used for the manufacture of complex MOS circuits where high element density is required.