Способ изготовления планарных полупроводниковых приборов и интегральных схем

. РЕСПУБЛИК 9) (И) 51 )4 Н 21/2 САНИЕ Б ТЕНИЯ ВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВ 2 полупроводников рский государстинс асиа ко с Ф.П. Планарвых приборов,8 ни"упро-.м ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Институт физикиСО АН СССР и Новосибивенный университет имкомсомола(56) Мазель Е.З., Преная технология кремниМ., Энергия, 1974, с.Калинин В.В, и дрполупроводников,Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов и интегральных схем.Известен способ создания пол водниковых приборов, при которо проводят внедрение в пластину кремния ионов бора и фосфора и термообработку при температуре1170 К.Этот способ обладает существенными недостатками, При такой температуре термообработки становится заметной диффузия примеси, в результате чего меняются глубина р-и-перехода и геометрические размеры элементов, что приводит к ухудшению параметров 2(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, включающий бомбардировку полупроводниковой пластины ионами и термообработку при темпера-. туре 670-1000 К, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения качества полупррводниковых приборов и интегральных схем путем устранения образовавшихся стержнеобразных дефектов, после термообработки проводят очистку поверхности от пленки окисла и облучение полупроводниковой пластины электронами с энергией 220 кэВ - 1 мзВ, интенсивностью 510 ф - 1 10 см с"1 и дозой 1 О - а48 и 10 см при комнатной температуре.ее приборов. Для устранения этого дефекта уменьшают температуру термоооработки или проводят радиационно ускоренную диффузию при температуре ниже 1170 К.Однако качество образующихся р-ппереходов при этом получается невы.сокое, что связано с образованием в облученном слое стержнеподобных дефектов, которые приводят к большим .токаи утечки через р-п-переход.Наиболее близок к изобретению способ изготовления планетарных полупроводниковых приборов и интеграль ных схем, включающий бомбардировку полупроводниковой пластины ионами и термообработку.при температуре 670310241000 К, В данном способе для предотЪвращения рбразования стержнеподобных дефектов перед имплантацией ио. нов бора проводят диффузию олова в планарную сторону при температуре 1370 К для увеличения в приповерхностной области параметра решетки и создания там сжимающих напряжений. В результате после имплантации ионов бора и отжига при температуре 970 К стержнеподобные дефекты не образуются, и качество р-и-переходов удов/летворительное.5Описанный способ также обладаетсущественными недостатками. В случаеприменения этого способа высока вероятность загрязнения пластины посторонними примесями, Кроме того, при менение такого способа значительноусложняет технологический процесс,делает его невоспроизводимым по площади пластины и, следовательно,уменьшает процент выхода годных приборов, Длительная высокотемпературная обработка, необходимая для диффузии олова, часто бывает несовместима с другими этапами создания приборов и интегральных схем. Поэтому . 30этот способ практически не изменяется. 11 осле имплантации иоинов и отжига в активных областях приборов образуются стержнеподобные дефекты, ипараметры приборов ухудшаются. Дляулучшения параметров приборов необходимо устранить образовавшиеся дефекты,Цель изобретения - улучшение качества полупроводниковых приборов и 40интегральных схем путем устраненияобразовавшихся стержнеобразных дефектов,Цель достигается тем, что в способе изготовления планарных полупроводниковых приборов и интегральныхсхем, включающем бомбардировку полупроводниковой пластины ионами и ".6термообработку при температуре Ь 701000 К, после термообработки проводят очистку поверхности от пленкиокисла и облучение полупроводниковой пластины электронами с энергией220 кэВ - 1 мэВ, интенсивностью510 ф - 1 Офо смп с-" и дозой О 1.йй10 см- при комнатной температуре.Сущность предлагаемого способазаключается в том, что при облучении кремния электронами с энергией )220 кэВ вводятся радиационные дефекты (вакансии т междоузельные атомы), Эа счет разной подвижности при комнатной температуре междоузельные атомы выходят на повеохность(если на нейнет окисной пленки и других загрязнений), и в объеме образуется избыточная концентрация вакансий, которыевзаимодействуют со стержнеподобнымидефектами и растворяют их,Энергия электронов должна бытьбольше или равна 220 кэВ, так как при меньших энергиях в объеме не будут создаваться радиационные дефекты. Испольэовать электроны с энергией бо"лее 1 мэВ невыгодно, так как сильно возрастают вес и стоимость ускорителя электронов. Интенсивность пучка электронов должна быть больше или равна 51 О"ф смс-, так как при меньших интенсивностях облучения образующиеся точечные дефекты уходят на другие стоки в объеме кристалла и на поверхности, поэтому распада стержнеподобных дефектов не происходит. Однако интенсивность электронного пучка не должна превьппать10 см-и с, так как в противномпослучае кристалл будет разрушаться./Доза облучения должна бытьбольше или равна 10 см-ф,поскольку при меньших дозах облучения образующихся вакансий ( с учетом потерь) не хватае, на уничтожение имеющихся стержне- подобных дефектов. Облучение дозой свыше 10 см пнецелесообразно такеекак требует большого времени облуче ния. Облучение следует проводить при комнатной температуре, так как при более низких температурах затруднено, взаимодействие вакансий со стержне- подобными дефектами из-эа имеющегося энергетического барьера, а при температурах облучения вьппе комнатйой вакансии приобретают большую подвижность и выходят на поверхность без взаимодействия со стержнеподобными дефектами. Наконец, перед облучением электронами необходимо очис- с тить поверхность пластины, чтобы обеспечить свободный выход междоузлий на поверхность. Очистка может.проводиться травлением в плавиковой кислоте или любым другим известным способом, например конно-плазменным травлением.КоРРектор Э Лончакова ТехРед М, Ходанич Редактор Л.Письман Заказ 4915 Тираж 694, ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 51024Примеры использования способа.Пример 1. Пластину кремния КДБоблучили ионами Фосфора энергией Е = 100 кэВ, дозой Д = 110см -,ф и отожгли в кислороде при 1073 К 30 мин 5 При этом в легированном слое были обнаружены мелкие дислокационные петли и стержнеподобные дефекты. Слой ЯО 1 стравили в плавиковой кислоте, и кристалл облучили электронами с энергией Е = 220 кэВ, В качестве источника электронов использовалисверхвысоковольтный электронный микроскоп; в котором одновременно проводили наблюдение за распадом стерж- ) неподобных дефектов, Интенсивность облучения составляла 510 см ф с Через несколько секунд после начала облучения было замечено сокращение 20 длины. дефектов, а через 5 мин стержнеподобные дефекты исчезли полностью, За это время доза облучения составила 1,5 10 см-ф . Температура обаразца во время облучения 300 К, 25Пример, 2. Пластину кремния КЭФ, 5 облучали ионами бора, энергией Е - 50 кэВ, дозой Д = 5 ф 10 см-фи отожгли в кислороде при 1073 К 15 мин При этом в легированном слое образовалось большое число стержнеподобных дефектов. Слой ЯхО стравили в плавиковой кислоте и провели облуче" ние образца электронами с энергией 1 мэВ. Облучение проводили в сверх- высоковольтном электронном микроско 35 пе. Через 2 мин длина дефектов значительно уменьшилась, а через 6 мин они распались практически полностью. 16 6Облучение проводилось пучком с интенсивностью 210" см ф" с ф, Доза облучения составила 7,2 ф 10 смал Температура облучения комнатная.Пример 3. Пластину кремния КЭФоблучали ионами бора дозой 5 ф 10" см ф, а затем, проВели радиационно ускорен-, ную диффузию путем облучения протонами с энергией 1 мэВ, дозой Д = 210" смпри температуре 820 К. При этом в приповерхностном слое толщиной 1 мкм образовались стержнеподобные дефекты,. После очистки поверхности от следов окисла образец облучили электронами с энергией 0,5 мэВ, плотностью пучка д 10 фф смс ф и дозой 10 ф см . Температура образца во.время облучения была 300 К. В облученном месте практически все стержнеподобные дефекты исчезли. Предлагаемый способ обладает рядом преимуществ:- исключается высокотемпературная операция диффузионной эагонки примеси и связанные с ней операции химической обработки пластин, что упрощает технологию и уменьшает вероятность загрязнения кристаллов неконкт-, ролируемыми примесями;.- в настоящее время имеютя уста- ф новки, позволяющие получать пучки высокоэнергетических электронов боль" шой интенсивности что делает возможным достаточно быстро набирать необходимую дозу облучения;- процесс допускает групповую обработку пластин и может быть легко автоматизирован.