СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОГО СЛОЯ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
METHOD OF MAKING THIN LAYER OF SILICON DIOXIDE

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.
2
2
2
3
2
2
2
2
3
2
2
2
2
2
3
2
Задача решается путем применения двухстадийного процесса термического окисления кремния: сначала при низкой температуре во влажном О, а затем при повышенной температуре в атмосфере сухого Ос добавкой CHCl.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 О в диапазоне температур 850-1000°С в течение 3-4 мин; вторую стадию проводили в течение 9-11 мин в сухом О с расходом 500 мл/мин и расходом N через питатель CHCl 80 мл/мин при 1010-1060°С. После окисления подложки подвергались отжигу в атмосфере N или Ar в течение одного часа. В течение первой стадии окисления при низкой температуре в сухом О наращивается SiO с высокой диэлектрической прочностью, а на второй высокотемпературной стадии в атмосфере сухого О с добавкой трихлорэтилена CHCl связываются поверхностные состояния на границе Si/SiO. 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·10<sup>12</sup>, А
диэлектрическая прочность, мВ/см
ток утечки, Iут·10<sup>12</sup>, 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.
2
2
2
3
Предложенный способ изготовления слоя диоксида кремния путем применения двухстадийного процесса термического окисления кремния сначала при температуре 850-1000°С во влажном О, а затем при температуре 1010-1060°С в атмосфере сухого О с добавкой CHCl позволяет повысить их надежность.