способ ионного легирования бором областей p-n перехода полупроводниковых приборов и интегральных схем

Формула изобретения

Способ ионного легирования бором областей р-n перехода полупроводниковых приборов и интегральных схем, включающий окисление кремниевых пластин, вытравливание окон в маскирующем слое окисла кремния и ионное легирование бором областей р-n перехода с последующей активацией примесей бора, отличающийся тем, что нитрид кремния осаждают на окисленную поверхность кремниевых пластин после создания слоя окисла кремния также в вытравленных окнах и перед ионным легированием бором областей р-n перехода, при этом величина суммарной толщины окисла кремния и нитрида кремния в вытравленных окнах и величина энергии легирования находятся между собой в следующем соотношении:

d/E=2-4,

где d - величина суммарной толщины окисла кремния и нитрида кремния в вытравленных окнах, нм;

Е - величина энергии легирования, кэВ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к области технологии и изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известен «Способ изготовления полупроводниковых приборов полевых структур с управляющим р-n переходом и вертикальным каналом», включающий формирование на кремниевой подложке с эпитаксиальным слоем первого типа проводимости многослойной диэлектрической маски, легирование затворных областей примесью второго типа, травление затворных областей, локальное окисление затворных областей, удаление диэлектрической маски, затем легирование областей истоков примесью первого типа проводимости и формирование металлизации, при этом после формирования многослойной диэлектрической маски проводят травление затворных областей плазмохимическим методом до образования щели, затем окисляют внутреннюю поверхность щели и удаляют со дна щели образовавшийся окисел, после легирования затворных областей примесью второго типа вновь удаляют со дна щели образовавшийся окисел и проводят эпитаксиальное осаждение кремния второго типа проводимости в щели до ее заполнения.

Патент РФ на изобретение № 1797413, МКИ: H01L 21/337, опубл. 1994.01.15.

Известен «Способ изготовления полупроводникового прибора», включающий формирование тонкой полупроводниковой пленки на изолирующем диэлектрике, расположенном на поверхности полупроводниковой подложки, при этом на кремниевой полупроводниковой подложке формируют двухслойную диэлектрическую схему из пленок диоксида кремния и нитрида кремния, а затем наносят пленку кремния, на которой создают полупроводниковый прибор по стандартной технологии. Патент РФ на изобретение № 2302055, МКИ: H01L 21/76, опубл. 2007.11.27.

Известен «Способ создания легированных областей полупроводниковых приборов и интегральных микросхем», заключающийся в окислении кремниевых пластин, вытравливании окон в маскирующем окисле, создании окисла в вытравленных окнах и ионной инплантации бора с последующей его разгонкой.

Патент США № 4140547, МКИ: H01L 21/78, опубл. 1977.09.08.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является «Способ изготовления полупроводниковых приборов с пристеночными р-п переходами, включающий формирование боковой диэлектрической изоляции, глубокого коллектора окисления мезаобластей, создание активной и пассивной базовой областей, осаждение нитрида кремния, вскрытие контактных окон в диэлектрических слоях, осаждение пленки поликристаллического кремния, ионное легирование донорной примесью областей, вскрытых в диэлектрических слоях через пленку поликристаллического кремния, одновременный отжиг всех ионолегированных слоев, металлизацию, при этом после осаждения пленки поликристаллического кремния дополнительно проводят ее ионное подлегирование акцепторной смесью дозой (5-12,5) 10¹³ см^-2 на глубину, не превышающую толщины пассивной базы, но не менее глубины загонки донорной примеси.

Патент РФ на изобретение № 1178269, МКИ: H01L 21/76, опубл. 1996.03.27.

К недостаткам вышеописанных способов относится то, что результаты процесса и его воспроизводимость зависят от качества газовой среды, в которой проводится активация бора, в частности, от точки росы азота, от содержания кислорода в азоте, от изменения расхода газов. В результате снижается воспроизводимость процесса, повышается разброс по удельному сопротивлению p-областей и глубине залегания р-n переходов, что приводит к ухудшению качества изделий и снижению выхода годных и качественных изделий.

Технический результат заключается в улучшении электрических характеристик полупроводниковых приборов и интегральных микросхем путем исключения зависимости качества легируемых областей от газовой среды, в которой проводится активация бора, за счет осаждения слоя нитрида кремния на окисленную поверхность кремниевых пластин после создания слоя окисла кремния также в вытравленных окнах и перед ионным легированием бором областей р-n перехода.

Данный технический результат обеспечивается тем, что способ ионного легирования бором областей р-n перехода полупроводниковых приборов и интегральных схем включает окисление кремниевых пластин, вытравливание окон в маскирующем слое окисла кремния и ионное легирование бором областей р-n перехода с последующей активацией примесей бора. Отличительными особенностями способа является то, что в вытравленных окнах создают слой окисла кремния. Затем перед ионным легированием бором областей р-n перехода осаждают нитрид кремния не только на окисленную поверхность кремниевых пластин, но и на слой окисла кремния, созданный в вытравленных окнах, при этом величина суммарной толщины окисла кремния и нитрида кремния в вытравленных окнах и величина энергии легирования находятся между собой в следующем соотношении: d/Е=2-4, где

d - величина суммарной толщины окисла кремния и нитрида кремния в вытравленных окнах, нм;

Е - величина энергии легирования, кэВ.

Способ ионного легирования бором областей р-n перехода полупроводниковых приборов и интегральных схем поясняется чертежом, на котором изображена схема разреза полупроводниковой подложки (кремниевой пластины) после осуществления вышеприведенного способа ионного легирования бором областей р-n перехода полупроводниковых приборов и интегральных схем, где:

1 - полупроводниковая подложка (кремниевая пластина);

2 - слой окисла кремния для создания маскирующего слоя на поверхности подложки;

3 - слой окисла кремния, выращенный в вытравленных окнах;

4 - слой нитрида кремния, осажденный на слой окисла кремния, в том числе и в вытравленных окнах.

Способ ионного легирования бором областей р-n перехода полупроводниковых приборов и интегральных схем осуществляется следующим образом: перед ионной имплантацией осаждается пленка нитрида кремния. После ионного легирования проводят активацию примеси бора при высоких температурах. Нитрид кремния защищает легируемые области от влияния среды, в которой проводится активация бора, что позволяет проводить активацию бора в любой газовой среде, в частности в среде азота, кислорода, воздуха, и получать воспроизводимые результаты по качеству легируемых областей, удельному сопротивлению и глубине залегания р-n переходов.

Создание базовых областей p-типа по предлагаемому способу может быть осуществлено следующим образом: в маскирующем слое окисла кремния толщиной 700-800 нм вытравливают окна для создания базовых областей. Кремний в окнах окисляют до толщины окисла кремния 60-80 нм при температуре 1050±1°С в сухом кислороде в течение 25±5 мин при расходе кислорода 240-300 л/час.

Затем проводят осаждение нитрида кремния толщиной 40-60 нм при температуре 815±5°С в смеси дихлорсилана с расходом 1,1 л/час и аммиака с расходом 2,3 л/час в течение 18 мин. После этого пластины легируют бором дозой 100 мкКул/см² с энергией 50 кэВ и активируют бор при температуре 1120±1°С в любой газовой среде, в частности в азоте или кислороде, в течение 2 час 25 мин.

Получают следующие электрофизические параметры легируемых областей:

глубина залегания р-n перехода 2,6-2,7 мкм

удельное поверхностное сопротивление 130-140 Ом/ .

Возможно применение различных величин суммарной толщины окисла кремния и нитрида кремния в вытравленных окнах, а также режимов ионной имплантации и активации бора в зависимости от требуемой поверхностной концентрации и глубины залегания р-n переходов.

При этом величина суммарной толщины окисла кремния и нитрида кремния в вытравленных окнах и величина энергии легирования находятся между собой в следующем соотношении:

d/E=2-4,

где d - величина суммарной толщины окисла кремния и нитрида кремния в вытравленных окнах, нм;

Е - величина энергии легирования, кэВ.

Предлагаемый способ позволяет исключить влияние газовой среды на качество легируемых областей и тем самым повысить процент выхода годных изделий, их качество и надежность.