СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОРОГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ МДП-ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЛАЗМЕННЫХ ОБРАБОТОК
METHOD TO RESTORE THRESHOLD VOLTAGE OF MIS TRANSISTOR STRUCTURES AFTER EXPOSURE TO PLASMA TREATMENTS

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и предназначено для создания полупроводниковых приборов на основе МДП-транзисторных структур, технология изготовления которых предусматривает использование плазменных обработок на этапе формирования металлизации приборов. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что после воздействия плазменных обработок в процессе ионно-лучевого травления металлических слоев, которые приводят к наведению дополнительного положительного заряда в окисле с последующей деградацией зарядовых свойств МДП-транзисторной структуры, восстановление порогового напряжения осуществляется облучением пластин с МДП-транзисторными структурами источником ближнего ультрафиолета.
Предлагаемый способ может быть использован во многих технологиях создания приборов на основе полевых эффектов, наиболее эффективен он для восстановления пороговых напряжений МДП-транзисторных структур на пластинах, где используются плазменные обработки. Технический результат достигается благодаря дополнительному специальному ультрафиолетовому облучению, которое позволяет повысить стабильность параметров мощных СВЧ МДП транзисторов, процент выхода годных, улучшить эксплуатационные характеристики готовых изделий и их надежность.
Известен способ восстановления пороговых напряжений МДП-транзисторных структур после воздействия плазменных обработок при ионно-лучевом травлении металлических слоев путем длительного низкотемпературного отжига при 470°С в течение 60 мин в среде азота [1], при котором происходит отжиг наведенного заряда и стабилизация зарядовых свойств МДП-транзисторных структур. На практике же для эффективной нейтрализации наведенного заряда приходится увеличивать длительность температурной обработки пластин, что в свою очередь приводит к ухудшению качества металлизации, электрической прочности подзатворного диэлектрика и необратимой деградации параметров МДП-транзисторных структур, а в конечном счете к снижению процента выхода годных готовых изделий и их надежности. Более того, в ряде случаев при устойчивом наведенном заряде указанный способ становится малоэффективным и его влияние проявляется при последующих термополевых испытаниях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу восстановления порогового напряжения является способ, заключающийся в нейтрализации технологически наведенного заряда путем предварительного создания радиационно-индуцированного заряда в МДП-структуре с последующим облучением ультрафиолетовым пучком. В данном способе подгонка порогового напряжения осуществляется в два этапа [2]. Сначала пластины с МДП-транзисторными структурами облучаются рентгеновским излучением с дозой насыщения, а потом - облучением ультрафиолетовым пучком. Данный способ основан на том физическом эффекте, что в процессе рентгеновского облучения МДП-транзисторных структур в подзатворном диэлектрике создается специально наведенный или радиационно-индуцированный подвижный положительный заряд, а последующее воздействие ультрафиолетового пучка снижает его уровень за счет фотоэмиссии электронов из электрода затвора и подложки [3]. Таким образом, происходит электронейтрализация наведенного радиационно-индуцированного заряда. В результате такой последовательности операций удается управлять пороговым напряжением МДП-транзисторных структур.
Однако радиационно-технологические процессы имеют основной свой недостаток, поскольку в энергетической зоне полупроводника создаются радиационно-стимулированные глубокие уровни, наличие которых может негативно сказываться на надежности изделий в условиях длительной наработки приборов при допустимых режимах эксплуатации.
Изобретение направлено на нейтрализацию наведенного заряда в процессе плазменных обработок при формировании металлизации МДП-транзисторных структур, восстановление пороговых напряжений и стабилизацию зарядовых свойств, а в конечном итоге на повышение процента выхода годных и надежности изделий.
Это достигается следующим способом. При формировании многослойной системы металлизации на основе золота МДП-транзисторных структур используются плазменные обработки в процессе ионно-лучевого травления металлических слоев. Принцип процесса ионно-лучевого травления заключается в том, что рабочее вещество, в данном случае газообразный аргон, подается в автономный щелевой источник ионов, в котором происходит его ионизация. Далее сформированный ионный пучок с высокой энергией, взаимодействуя с поверхностью металлизированных пластин, вызывает физическое распыление материала металлизации. При ускорении пучка ионов с энергией до 5000 эВ в промежутке между источником ионов и обрабатываемой пластиной в условиях сильных электрических и магнитных полей образуется пучковая плазма с положительным потенциалом 10÷40 В относительно земли. При этом наведенный положительный заряд в МДП-структуре приводит к сдвигу пороговых напряжений в область отрицательных потенциалов.
Для эффективной нейтрализации наведенного положительного заряда в рассматриваемом способе предложено применение ближнего ультрафиолетового излучения с энергией квантов 4,0÷6,0 эВ. Способ основан на том, что ультрафиолетовое облучение пластин с МДП-транзисторными структурами приводит к фотоэмиссии электронов и захвату их на положительных центрах в подзатворном окисле. В итоге происходит нейтрализация наведенного положительного заряда, стабилизация зарядовых свойств МДП-транзисторных структур и смещение пороговых напряжений в обратном направлении вплоть до восстановления исходного его значения.
Конкретный пример выполнения изобретения.
При создании мощных СВЧ МДП транзисторов кремниевые пластины последовательно проходят технологический цикл операций по созданию активных и пассивных областей прибора, в частности: подзатворного диэлектрика, поликремниевого затвора, легированного фосфором, областей истока и стока, межслойного диэлектрика, а также вскрытия контактов к областям затвора, истока, стока и так далее. Затем на МДП-транзисторных структурах формируют контакты и многослойную систему металлизации на основе золота (PtSi-Ti-Pt-Au), которая состоит из силицида платины в контактах, адгезионного слоя титана, барьерного слоя платины и токопроводящего слоя золота. Металлические слои напыляют методом магнетронного распыления, рисунок металлизированной разводки формируют методом фотолитографии. Травление металлических слоев золота и платины осуществляют на установке ионно-лучевого травления УВН 71П-3 с щелевым источником при помощи плазменных обработок, слои титана травятся химически.
1порAu
1порAu
Измерения порогового напряжения V МДП-транзисторных структур после ионно-лучевого травления металлизации фиксируют сдвиг величины V в область отрицательных потенциалов (табл.1).
Таблица 1
Динамика восстановления пороговых напряжений при использовании изобретения.
Пороговое напряжение (искомое) МДП-транзисторной структуры текстовой пластины (без плазменных обработок) V<sub>порA1</sub>, В
Пороговое напряжение МДП-транзисторной структуры пластины (после плазменных обработок) V<sub>1порAu</sub>, В
Пороговое напряжение (восстановленное) МДП-транзисторной структуры пластины V<sub>2порAu</sub>, В
3,0
-1,0
3,0
Далее для восстановления пороговых напряжений МДП-транзисторных структур пластин в технологический маршрут дополнительно включается процесс облучения из источника ближнего ультрафиолетового излучения. В качестве источника используется ультрафиолетовый излучатель с люминесцентными лампами типа ДКБ 11 с потоком ультрафиолета 205÷315 нм мощностью 60 Вт. Время облучения пластин подбирается экспериментально, оно составляет 15÷20 мин.
порA1
порA1
2порAu
nopA1
Эффективность ультрафиолетовой обработки подтверждается сравнительным анализом относительно значений пороговых напряжений на тестовой пластине с аналогичными МДП-транзисторными структурами с использованием алюминиевой металлизации V в маршруте формирования которой отсутствуют плазменные обработки, а применяется только химическое травление. Величина пороговых напряжений V МДП-транзисторных структур тестовой пластины в предлагаемом способе берется за искомое значение (табл.1). В итоге сравнительный анализ восстановленных пороговых напряжений V МДП-транзисторных структур с золотой системой металлизации, при формировании которой использовались плазменные обработки, показывает такие же стабильные значения порогового напряжения, как и на тестовой пластине с МДП-транзисторными структурами с алюминиевой металлизацией V, которые не подвергались плазменным воздействиям (табл.1).
Источники информации
1. Бородкин И.И. Восстановление и корректировка пороговых напряжений мощных СВЧ кремниевых полевых транзисторных структур после воздействия плазменных обработок / И.И.Бородкин, В.В.Асессоров, В.А.Кожевников, Б.К.Петров // Радиолокация, навигация, связь. Материалы международной научно-технической конференции. - В.: НПФ "САК-ВОЕЕ", 2009. - Том 2, с.958-964.
2. Патент РФ №1464797, 1995. Способ изготовления МДП-транзисторов / Гитлин В.Р., Замотайлов Ю.Г., Ивакин А.Н., Кадменский С.Г., Левин М.Н., Лобов И.Е., Остроухов С.С.
3. Гитлин В. Рентгеновская корректировка пороговых напряжений в производстве МДП интегральных схем / В.Гитлин [и др.] // Вестник ВГУ 2002. - №1. - С.5-12.