способ устранения структурных нарушений в структурах кремний-на-изоляторе
Классы МПК: | H01L21/324 термическая обработка для модификации характеристик полупроводниковых подложек, например отжиг или спекание |
Автор(ы): | Антонова И.В. (RU), Попов В.П. (RU), Мисюк Андрей (PL), Ратайчак Яцек (PL) |
Патентообладатель(и): | Институт физики полупроводников СО РАН (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-03-27 публикация патента:
10.05.2001 |
Использование: в полупроводниковой технологии для создания современных материалов микроэлектроники, в частности структур кремний-на-изоляторе. Сущность изобретения: в способе устранения структурных нарушений в структурах кремний-на-изоляторе, включающем имплантацию ионов кислорода и последующий отжиг, отжиг проводят в атмосфере инертного газа при повышенном гидростатическом давлении 0,6 - 1,5 ГПа, при температуре 1100 - 1200°С, продолжительностью 2 - 10 ч. Техническим результатом изобретения является отсутствие структурных нарушений на границе раздела Si/SiO2 при температурах отжига существенно более низких, чем те, что обычно используют для устранения дефектов в процессе создания КНИ-структур. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ устранения структурных нарушений в структурах кремний-на-изоляторе, включающий имплантацию ионов кислорода и последующий отжиг, отличающийся тем, что последующий отжиг проводят в атмосфере инертного газа при повышенном гидростатическом давлении 0,6 - 1,5 ГПа, при температуре 1100 - 1200°С, продолжительностью 2 - 10 ч.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области полупроводниковой технологии и может быть использовано для создания современных материалов микроэлектроники, в частности структур кремний-на-изоляторе (КНИ). Переход от использования объемного материала к КНИ при производстве сверхбольших интегральных схем (СБИС) и других изделий микроэлектроники позволяет снизить потребляемую мощность, упростить технологию производства, создавать радиационно стойкие схемы, а также схемы, работающие при высоких температурах (до 400oC), и дает многие другие преимущества. Процесс создания КНИ-структур включает имплантацию в кремний ионов, например кислорода, и последующий высокотемпературный отжиг (метод SIMOX). В результате формируется захороненный слой диэлектрика SiO2, отсекающий тонкий слой кремния, который и является рабочей областью КНИ-структуры. Использование радиационной технологии для создания КНИ-структур приводит к проблемам, обусловленным наличием радиационных дефектов и необходимостью их полного устранения, а также к проблемам, связанным с напряжениями на границе раздела Si/SiO2, влияющим на качество КНИ-структур. Для решения этих проблем ведутся работы по снижению дозы имплантируемого кислорода, используемого для создания слоя захороненного диэлектрика, и по оптимизации термообработок. Известен способ устранения структурных нарушений в структурах кремний-на-изоляторе (SIMOX) (S. Krause, M. Anc, P. Roitman, MRS Bulletin, 1998, N 12, p. 25-29), включающий имплантацию в кремний ионов кислорода при повышенной температуре дозой, достаточной для образования сплошного слоя оксида кремния в области проникновения ионов, и последующий отжиг пластин кремния при температуре ~ 1350oC в течение нескольких часов (до 6 ч). Использование повышенной температуры (до 550 - 600oC) в процессе имплантации в значительной степени снижает концентрацию вводимых радиационных нарушений, что является важным моментом, особенно если учесть, что доза кислорода ~ (1 - 2)![способ устранения структурных нарушений в структурах кремний-на-изоляторе, патент № 2166814](/images/patents/305/2166003/183.gif)
![способ устранения структурных нарушений в структурах кремний-на-изоляторе, патент № 2166814](/images/patents/305/2166003/183.gif)
- снижение температуры отжига;
- устранение крупных структурных нарушений (дислокационных петель), образующихся на границе раздела Si/SiO2;
Технический результат достигается тем, что в способе устранения структурных нарушений в структурах кремний-на-изоляторе проводят имплантацию ионов кислорода и последующий отжиг, причем последующий отжиг проводят в атмосфере инертного газа при повышенном гидростатическом давлении 0.6 -1.5 ГПа, при температуре 1100 - 1200oC, продолжительностью от 2 до 10 ч. Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемой к нему иллюстрацией. Имплантация ионов кислорода проводилась в интервале доз 1016 - 1018 см-2. Большие дозы в настоящее время не используются для создания структур кремний-на-изоляторе методом SIMOX. Нижнее значение дозы данного интервала соответствует дозе, при которой начинают наблюдаться включения оксида кремния и связанные с ними нарушения. Нижнее значение интервала давлений аргона выбиралось на основании, проведенных исследований трансформации примесно-дефектных комплексов и агломератов в кремнии, которые показали, что заметные изменения наблюдаются, начиная с давления 0.6 ГПа. При меньших давлениях изменения в примесно-дефектных комплексах слишком слабые, хотя и имеют место, и для получения заметного эффекта необходимо проводить отжиги десятки и сотни часов. Верхнее значение интервала давлений обусловлено ограничением, связанным с переходом аргона при используемых температурах в твердое состояние. Температуры отжига варьировались от 1100 до 1200oC. Изменение температурного интервала в меньшую сторону стало возможным благодаря проведению отжига в атмосфере аргона при повышенном гидростатическом давлении. Продолжительность отжига составила от 2 до 10 ч. Время отжига 2 ч было выбрано исходя из того, что этого уже достаточно для получения явного эффекта при "мягких" радиационных воздействиях (дозах от 1016 до 1017 см-2) и высоких температурах отжига (1200oC) в данном интервале давлений аргона от 1 до 1.5 ГПа. Длительность отжига свыше 10 ч нецелесообразна, так как не дает изменений даже при отжиге образцов, облученных максимальной дозой 1018 см-2 при минимальной температуре отжига данного температурного интервала 1100oC и давлении 0.6 ГПа. Пример 1
Сечения образцов кремния, имплантированных ионами O+ с энергией 200 кэВ и дозой 1
![способ устранения структурных нарушений в структурах кремний-на-изоляторе, патент № 2166814](/images/patents/305/2166003/183.gif)
![способ устранения структурных нарушений в структурах кремний-на-изоляторе, патент № 2166814](/images/patents/305/2166003/183.gif)
В отсеченном слое кремния, сформированном имплантацией больших доз кислорода 1018 см-2 и отожженном при T = 1100oC под давление аргона 1.1 ГПа в течение 10 ч, метод ПЭМ также показывает резкое уменьшение концентрации структурных нарушений в области формирования оксида и уменьшение преципитатов в отсеченном слое. Пример 3
В отсеченном слое кремния, сформированном имплантацией кислорода дозой 1017 см-2 и отожженном при T = 1150oC под давлением аргона 0.6 ГПа в течение 8 ч, также при помощи метода ПЭМ видно уменьшение концентрации структурных нарушений в области формирований включений оксида кремния и уменьшение преципитатов в отсеченном слое. Таким образом, использование высокотемпературного отжига в атмосфере аргона при повышенном гидростатическом давлении дает отсутствие структурных нарушений на границе раздела Si/SiO2 при температурах отжига существенно более низких, чем те, что обычно используют для устранения дефектов в процессе создания КНИ-структур.
Класс H01L21/324 термическая обработка для модификации характеристик полупроводниковых подложек, например отжиг или спекание