Способ создания диэлектрической изоляции

СПОСОБ СОЗДАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ, включающий формирование пористого кремния электролитическим анодированием в плавиковой кислоте, окисление пористого кремния, отличающийся тем, что, с целью повышения качества диэлектрической изоляции за счет снижения величины встроенного заряда, пористый кремний формируют толщиной, не менее чем на 100 нм большей необходимой толщины изоляции, а окисление пористого кремния проводят в парах воды при давлении (5 - 15) 10⁵ Па и температуре 750 - 950^oС.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к способам создания диэлектрической изоляции, и может быть использовано при изготовлении кремниевых полупроводниковых приборов и интегральных схем.
Целью изобретения является повышение качества диэлектрической изоляции за счет снижения плотности встроенного заряда.
П р и м е р 1. На подложках КДБ-10(111) электролитическим анодированием в плавиковой кислоте создают слой пористого кремния толщиной 1,3 мкм. Образцы окисляют при температуре 200^оС в течение 10 мин. Затем образцы выдерживают 1 мин в 5% -ном растворе плавиковой кислоты и промывают в деионизированной воде. Далее образцы окисляют в течение 20 мин при температуре 900^оС и давлении паров воды 5 10⁵ Па. После окисления подвергают отжигу (Т = 1050^оС) в атмосфере аргона в течение 5 мин. После окисления заряда Q_FB/q в слое окисла толщиной 1,0 мкм составляет (3,5-4,0) 10¹¹ см^-2, а после отжига (1,5-2,0) x x 10¹⁰ см^-2 .
П р и м е р 2. Слой пористого кремния толщиной 1,3 мкм, создают на подложках КДБ-10 (100). Термоокисление проводят в течение 20 мин при температуре 900^оС и давлении паров воды 10 10⁵ Па. Заряд Q_FB в слое окисла толщиной 1,2 мкм составил 2 10¹¹ см^-2. После отжига (Т = 1050^оС) в атмосфере аргона величина заряда Q_FB/q уменьшается до 2 10¹⁰ см^-2. Для предотвращения формирования инверсного слоя на поверхности дырочного кремния необходимо, чтобы в случае использования пористого кремния концентрации акцепторов N_A была не ниже чем 8 10¹⁵ см^-3 и при осуществлении отжига после окисления 1 10¹⁵ см^-3.
П р и м е р 3. Создают пленку пористого кремния толщиной 2,0 мкм на подложках КДБ-10 (100). Окисление проводят при температуре 950^оС и давлении паров воды 1,5 10⁶ Па в течение 10 мин. Заряд Q_FB/q в слое окисла 1,5 10¹¹ см^-2 при толщине окисла 1,8 мкм, а в случае окисления монокремния 8 10¹¹ см^-2 при толщине 0,8 мкм. После отжига при Т = 450^оС в аргоне в течение 30 мин при наличии на поверхности окисла алюминиевых управляющих электродов величина заряда Q_FB/q снижается до 5 10¹⁰ см^-2 для окисленного пористого кремния.
П р и м е р 4. Создают слой пористого кремния толщиной 0,8 мкм на подложках КДБ-10 (100). Окисление проводят при температуре 750^оС и давлении паров воды 1,5 10⁶ Па в течение 60 мин, заряд Q_FB/q в окисле 8 10¹¹ см^-2 и толщина окисла 0,6 мкм.
П р и м е р 5. Окисление пленок пористого кремния (ПК) проводят в интервале температур 850-950^оС при давлении паров воды (5-15) 10⁵ Па в течение 10 мин. Перед окислением пленки ПК окисляют при Т = = 200^оС с последующей выдержкой в растворе плавиковой кислоты для удаления окисла. Толщину пленок ПК и окисленный пористый кремний (ОПК) определяют методом шар-шлифа или по сколу структуры в электронном микроскопе (при малом отличии толщин ПК и ОПК). Отжиг проводят при температуре 1050^оС в атмосфере аргона в течение 5 мин. Величину встроенного заряда определяют из высокочастотных (1 Мкц) вольт-фарадных характеристик структуры AI-ОПК-Si. Пленки AI наносят вакуумным напылением. Результаты представлены в таблице.
Из приведенных результатов следует, что уменьшение заряда в окисле наблюдается только в том случае, если условия окисления ПК не приводят к окислению пленки на всю глубину.
Выбранный температурный диапазон окисления определяется экспериментально. Снижение температуры ниже 750^оС вызывает рост заряда в формируемом окисном слое. С другой стороны, при температурах выше 950^оС окисление пористого кремния сопровождается процессами рекристаллизации и спекания, которые, как уже отмечалось, приводят к резкому снижению активирующего влияния слоя пористого кремния на формирование окисла. К тому же при высоких температурах скорость роста окисла над изолируемыми областями является недопустимо большой. Поэтому за верхний температурный предел была взята температура 950^оС.
Выбранный диапазон давлений паров воды при окислении определяется тем, что при давлении, меньшем 5 10⁵ Па, наблюдается существенное ослабление влияния пористого кремния на процессы формирования окисла и заряда в нем. Однако давление паров воды не должно быть слишком высоким (более 15 10⁵ Па), так как толщина окисла над изолируемой областью и разность толщин заглубленного окисла в области пористого кремния и над изолируемой областью уменьшится до неприемлемого уровня.
Кроме того, создание окисной изоляции данным способом обеспечивает:
существенное снижение величины встроенного заряда в окисных слоях даже при их большой толщине;
практическое отсутствие выступа по периметру окисных заглубленных областей и неизменность геометрических размеров элементов;
снижение температуры обработки при сокращенном времени термообработки, что определяется существенным активирующим влиянием пористого кремния на кинетику термоокисления в этих условиях. (56) Боричев В. П. и др. Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем. М. : 1984, 4.1, с. 111-112.
Лабунов В. А. , Бондаренко В. П. , Борисенко В. Е. Пористый кремний в полупроводниковой электронике. - Зарубежная электронная техника, 1978, N 15, с. 31.
Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к способам формирования диэлектрической изоляции полупроводниковых приборов и интегральных схем. Цель изобретения - повышение качества диэлектрической изоляции за счет снижения плотности встроенного заряда. В данном способе в областях будущей изоляции формируется пористый кремний электролитическим анодированием в плавиковой кислоте. Анодирование проводится на толщину, не менее чем 100 нм большую необходимой толщины изоляции. Последующее окисление пористого кремния проводят в парах воды при давлении (5-15) 10¹⁵ Па и температуре 750 - 950С. Формирование прослойки неокисленного пористого кремния приводит к созданию изоляции с минимальным зарядом. 1 табл.