[go: up one dir, main page]

RU2008745C1 - Process of production of nitrided oxide layer on substrate of semiconductor material - Google Patents

Process of production of nitrided oxide layer on substrate of semiconductor material Download PDF

Info

Publication number
RU2008745C1
RU2008745C1 SU4954136A RU2008745C1 RU 2008745 C1 RU2008745 C1 RU 2008745C1 SU 4954136 A SU4954136 A SU 4954136A RU 2008745 C1 RU2008745 C1 RU 2008745C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
oxide layer
nitrogen
radiation
semiconductor material
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.К. Кононов
Л.А. Громов
А.В. Соловейчик
Original Assignee
Российский научно-исследовательский институт "Электронстандарт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российский научно-исследовательский институт "Электронстандарт" filed Critical Российский научно-исследовательский институт "Электронстандарт"
Priority to SU4954136 priority Critical patent/RU2008745C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2008745C1 publication Critical patent/RU2008745C1/en

Links

Landscapes

  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

FIELD: semiconductor devices. SUBSTANCE: process includes formation of oxide layer on substrate and following thermal nitriding of it in nitrogen-containing gaseous atmosphere in electromagnetic radiation field which range of wave length is chosen from ionizing condition of atmosphere. EFFECT: improved electrophysical parameters and radiation stability with thickness of layer above.

Description

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии производства полупроводниковых приборов и интегральных схем, и предназначено для получения подзатворных окисных слоев КМОП-интегральных схем, полупроводниковых приборов, а также окисных слоев, применяемых в качестве изоляции активных элементов в интегральных и дискретных структурах. The invention relates to microelectronics, in particular to the production technology of semiconductor devices and integrated circuits, and is intended to produce gate oxide layers of CMOS integrated circuits, semiconductor devices, and oxide layers used as insulation of active elements in integrated and discrete structures.

Известен способ получения радиационно-стойкого покрытия из оксинитрида кремния [1] , который заключается в том, что пленку осаждают пиролитически с последующим отжигом в атмосфере водорода при 500оС в течение 3 ч.A known method of obtaining a radiation-resistant coating of silicon oxynitride [1], which consists in the fact that the film is deposited pyrolytically, followed by annealing in a hydrogen atmosphere at 500 about C for 3 hours

Однако данный способ не позволяет получать пленку с удовлетворительными электрофизическими характеристиками. However, this method does not allow to obtain a film with satisfactory electrical characteristics.

Наиболее близким к изобретению является способ получения нитрированного окисного слоя на подложке из полупроводникового материала [2] , включающий формирование окисного слоя и последующее термическое нитрирование его в азотсодержащей газовой среде в поле электромагнитного излучения. Closest to the invention is a method for producing a nitrated oxide layer on a substrate of semiconductor material [2], which includes the formation of an oxide layer and its subsequent thermal nitration in a nitrogen-containing gas medium in the field of electromagnetic radiation.

Данный способ позволяет получать удовлетворительные электрофизические характеристики подзатворного окисла, но пригоден только для сверхтонких слоев диэлектрика в КМОП-схемах и не обеспечивает хорошей радиационной стойкости слоя. This method allows to obtain satisfactory electrophysical characteristics of the gate oxide, but is suitable only for ultrathin dielectric layers in CMOS circuits and does not provide good radiation resistance of the layer.

Целью изобретения является улучшение электрофизических параметров и повышение радиационной стойкости нитрированных окисных слоев при увеличении их толщины свыше 100

Figure 00000001
.The aim of the invention is to improve the electrophysical parameters and increase the radiation resistance of nitrated oxide layers with an increase in their thickness over 100
Figure 00000001
.

Для достижения цели диапазон длин волн электромагнитного излучения выбирают из условия ионизации азотсодержащей газовой среды. To achieve the goal, the wavelength range of electromagnetic radiation is selected from the condition of ionization of a nitrogen-containing gas medium.

При ионизации азотсодержащих газовых сред атомы азота возбуждаются, уменьшается их эффективный радиус и увеличивается скорость их диффузии в слой диоксида кремния. Появляется возможность эффективно нитрировать слой диоксида кремния большого диапазона толщин, от сверхтонких (100

Figure 00000002
) до толстых (1 мкм и более) при пониженной температуре нитрирования (800-900оС), что, в свою очередь, дает возможность увеличить значение и уменьшить разброс критической напряженности электрического поля в диэлектрике; уменьшить сдвиг порогового напряжения при воздействии ИИ с дозой 106 рад в 2-3 раза, уменьшить величину изменения плотности поверхностных состояний на границе раздела Si - SiO2 после воздействия ионизирующих излучений, а, следовательно, повысить радиационную стойкость диэлектрика за счет создания в его объеме центров, компенсирующих положительный заряд, образующийся после воздействия ИИ.During the ionization of nitrogen-containing gaseous media, nitrogen atoms are excited, their effective radius decreases, and their diffusion rate into the silicon dioxide layer increases. It becomes possible to effectively nitrate a silicon dioxide layer of a wide range of thicknesses, from ultrathin (100
Figure 00000002
) To thick (1 micron or more) at low temperature nitriding (800-900 C), which in turn makes it possible to increase the value and reduce dispersion of the critical electric field in the insulator; to reduce the threshold voltage shift under the action of AI with a dose of 10 6 rad by a factor of 2–3, to reduce the change in the density of surface states at the Si – SiO 2 interface after exposure to ionizing radiation, and, therefore, to increase the radiation resistance of the dielectric by creating in its volume centers that compensate for the positive charge formed after exposure to AI.

Практически все азотсодержащие газы распадаются на атомы и ионизируются в поле гамма- и рентгеновского излучения. Ультрафиолетовое излучение действует аналогичным образом для длин волн, соответствующих полосам поглощения применяемого газа. Almost all nitrogen-containing gases decay into atoms and ionize in the field of gamma and x-ray radiation. Ultraviolet radiation acts in a similar way for wavelengths corresponding to the absorption bands of the gas used.

Так, для NH3 полосы поглощения соответствуют: 1-я полоса 170-217 нм 2-я полоса 140-169 нм 3-я полоса 115-150 нм.So, for NH 3 absorption bands correspond to: 1st band 170-217 nm 2nd band 140-169 nm 3rd band 115-150 nm.

Процесс активации и распада молекулы газа на радикалы можно представить следующим образом:
NH3

Figure 00000003
NH2 *XB1/ + H* -λ≅ 280нм
NH3
Figure 00000004
NH*(a1Δ ) + H2 --λ≅ 2240 нм
NH3
Figure 00000005
NH*(x3ε ) + H* + H* ≅1470 нм.The process of activation and decomposition of a gas molecule into radicals can be represented as follows:
NH 3
Figure 00000003
NH 2 * XB 1 / + H * -λ≅ 280nm
NH 3
Figure 00000004
NH * (a 1 Δ) + H 2 --λ≅ 2240 nm
NH 3
Figure 00000005
NH * (x 3 ε) + H * + H * ≅ 1470 nm.

NH3

Figure 00000006
NH3 * +
Figure 00000007
- ионизация.NH 3
Figure 00000006
NH 3 * +
Figure 00000007
- ionization.

Для атомарного и молекулярного азота процесс ионизации начинается с λ= 85,0-65,0 нм, а процесс активации возбуждением с λ = 160-300 нм. Уменьшение длины волны ультрафиолетового излучения повышает вероятность ионизации, активации газовых сред в единицу времени. For atomic and molecular nitrogen, the ionization process begins with λ = 85.0-65.0 nm, and the activation process with excitation with λ = 160-300 nm. Reducing the wavelength of ultraviolet radiation increases the likelihood of ionization, activation of gaseous media per unit time.

П р и м е р 1. Окисляют кремниевую пластину р-типа (100) до толщины окисла 350-450oС, помещают ее в кварцевую трубу диффузионной печи таким образом, чтобы обтекающий пластины азотсодержащий газ подвергался воздействию ультрафиолетового излучения (УФИ) вблизи поверхности пластины со стороны окисного слоя.Example 1. Oxidize a p-type silicon wafer (100) to an oxide thickness of 350-450 ° C, place it in a quartz tube of a diffusion furnace so that the nitrogen-containing gas flowing around the wafer is exposed to ultraviolet radiation (UV) near the surface plates on the side of the oxide layer.

Режим:
- температура окисления - 950оС;
- температура нитрирования - 950оС;
- время процесса - 5 мин, загрузка, газ O2 (100 л/ч), 20 мин окисление, газ тот же, 10 мин - продувка N2 (150 л/ч), 25 мин - нитрирование, газ N2 (150 л/ч), NH3 (15 л/ч), УФИ с λ = 180-600 нм, 5 мин - выгрузка N2 (150 л/ч).
Mode:
- oxidation temperature - 950 ° C;
- nitriding temperature - 950 ° C;
- process time - 5 min, loading, O 2 gas (100 l / h), 20 min oxidation, the same gas, 10 min - N 2 purge (150 l / h), 25 min - nitration, N 2 gas (150 l / h), NH 3 (15 l / h), UVI with λ = 180-600 nm, 5 min - unloading N 2 (150 l / h).

Параметры получаемых структур:
- критическая напряженность электрического поля - Екр = 1,15-1,3 х 107 В/см;
- сдвиг порогового напряжения ΔU ≅ 0,1 В;
- устойчивость к воздействию ионизирующего излучения - при дозе D = 1,106 р, изменение Uпор менее 10% .
Parameters of the resulting structures:
- critical electric field strength - E cr = 1.15-1.3 x 10 7 V / cm;
- shift of the threshold voltage ΔU ≅ 0.1 V;
- resistance to ionizing radiation - at a dose of D = 1.10 6 p, the change in U then less than 10%.

П р и м е р 2. Кремниевая пластина помещается в кварцевую трубу диффузионной печи для проведения окисления: Т = 950оС, газ - O2 (100 л/ч), толщина окисла - 350-450

Figure 00000008

Окисленную пластину запаивают в кварцевую трубу, заполненную азотом с добавкой 5% NH3. Давление в трубе составляет приблизительно 1 атм. Труба помещается в термопечь, находящуюся в установке МРХ γ-20 (изотоп Со60).EXAMPLE Example 2 A silicon wafer is placed in a quartz tube diffusion furnace for oxidation: T = 950 C, gas - O 2 (100 l / h), the oxide thickness - 350-450
Figure 00000008

The oxidized plate is sealed in a quartz tube filled with nitrogen with the addition of 5% NH 3 . The pressure in the pipe is approximately 1 atm. The pipe is placed in a thermal furnace located in the MPX γ-20 installation (Co 60 isotope).

Режим азотирования: Т = 800оС, t = 120 мин.Nitriding mode: T = 800 о С, t = 120 min.

Режим установки: Е = 1,25 МэВ; Р = 180 Р/с; tобр = 60 мин.Installation mode: E = 1.25 MeV; P = 180 P / s; t arr. = 60 min.

Параметры получаемых структур:
- Екр = 107 В/см;
- сдвиг порогового напряжения ≅ 0,15 В;
- устойчивость к воздействию ионизирующего излучения - при дозе D = 106 р изменение Uпор ≅ 10% .
Parameters of the resulting structures:
- E cr = 10 7 V / cm;
- threshold voltage shift напряжения 0.15 V;
- resistance to the effects of ionizing radiation - at a dose of D = 10 6 r change in U then ≅ 10%.

Особый характер проведения операции нитрирования, а именно: проведение термического нитрирования в полях ионизирующих излучений, активирующих используемые азотсодержащие газовые среды, позволяет улучшить электрофизические параметры нитрированного слоя диоксида кремния; увеличить значение и уменьшить разброс критической напряженности электрического поля в диэлектрическом слое; уменьшить плотность поверхностных состояний на границе раздела Si - SiO2 до величины порядка 5 ˙1010 см-2 ев-1; повысить радиационную стойкость слоя диоксида кремния.The special nature of the nitration operation, namely: thermal nitriding in the fields of ionizing radiation that activate the nitrogen-containing gas media used, allows to improve the electrophysical parameters of the nitrated silicon dioxide layer; increase the value and reduce the spread of the critical electric field in the dielectric layer; reduce the density of surface states at the Si - SiO 2 interface to a value of the order of 5 ˙ 10 10 cm -2 ev -1 ; to increase the radiation resistance of the silicon dioxide layer.

Создание отрицательных заряженных центров в нитрированном диоксиде кремния эффективно компенсирует возникающий от воздействия ИИ положительных заряд вплоть до значений величины доз 106-107 рад для широкого диапазона толщин диоксида кремния. (56) 1. Патент США N 3765935, кл. В 44 d 1/18, опубл. 1973.The creation of negative charged centers in nitrated silicon dioxide effectively compensates for the charge arising from the action of AI up to dose values of 10 6 -10 7 rad for a wide range of silicon dioxide thicknesses. (56) 1. U.S. Patent No. 3,765,935, cl. B 44 d 1/18, publ. 1973.

2. Fang Y. K. et al. "Inprovement of thin-gate oxide integrity using photoenhanced low-temperature nitridation" - Solid State Electronics, 1990, т. 33, N 8, с. 1039-1041.  2. Fang Y. K. et al. "Inprovement of thin-gate oxide integrity using photoenhanced low-temperature nitridation" - Solid State Electronics, 1990, v. 33, No. 8, p. 1039-1041.

Claims (1)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИРОВАННОГО ОКИСНОГО СЛОЯ НА ПОДЛОЖКЕ ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА, включающий формирование окисного слоя на подложке и последующее термическое нитрирование его в азотсодержащей газовой среде в поле электромагнитного излучения, отличающийся тем, что, с целью улучщения электрофизических параметров и повышения радиационной стойкости слоя при толщине свыше 100
Figure 00000009
диапазон длин волн электромагнитного излучения выбирают из условия ионизации азотсодержащей газовой среды.
METHOD FOR PRODUCING A NITRATED OXY LAYER ON A SUBSTRATE FROM SEMICONDUCTOR MATERIAL, including the formation of an oxide layer on a substrate and its subsequent thermal nitration in a nitrogen-containing gas medium in the field of electromagnetic radiation, characterized in that, in order to improve the electrophysical parameters and increase the radiation thickness at a thickness of 100
Figure 00000009
the wavelength range of electromagnetic radiation is selected from the condition of ionization of a nitrogen-containing gas medium.
SU4954136 1991-06-28 1991-06-28 Process of production of nitrided oxide layer on substrate of semiconductor material RU2008745C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4954136 RU2008745C1 (en) 1991-06-28 1991-06-28 Process of production of nitrided oxide layer on substrate of semiconductor material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4954136 RU2008745C1 (en) 1991-06-28 1991-06-28 Process of production of nitrided oxide layer on substrate of semiconductor material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2008745C1 true RU2008745C1 (en) 1994-02-28

Family

ID=21583855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4954136 RU2008745C1 (en) 1991-06-28 1991-06-28 Process of production of nitrided oxide layer on substrate of semiconductor material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2008745C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168237C2 (en) * 1999-05-11 2001-05-27 Берковиц Владимир Леонидович Method for producing nitride film on surfaces of semiconductor compounds
RU2305346C2 (en) * 2004-11-29 2007-08-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (НИФХИ им. Л.Я. Карпова) Gate thin-film insulating material of high dielectric constant and its manufacturing method (alternatives)
RU2368033C1 (en) * 2008-05-14 2009-09-20 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН METHOD FOR PRODUCTION OF NITRIDE FILM ON GaSb SURFACE
RU2370854C1 (en) * 2008-06-16 2009-10-20 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН METHOD OF MAKING NITRIDE FILM ON SURFACE OF GaSb BASED HETEROSTRUCTURE
RU2540462C1 (en) * 2013-08-09 2015-02-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Method of radiation-induced thermal oxidising of silicon

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2168237C2 (en) * 1999-05-11 2001-05-27 Берковиц Владимир Леонидович Method for producing nitride film on surfaces of semiconductor compounds
RU2305346C2 (en) * 2004-11-29 2007-08-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (НИФХИ им. Л.Я. Карпова) Gate thin-film insulating material of high dielectric constant and its manufacturing method (alternatives)
RU2368033C1 (en) * 2008-05-14 2009-09-20 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН METHOD FOR PRODUCTION OF NITRIDE FILM ON GaSb SURFACE
RU2370854C1 (en) * 2008-06-16 2009-10-20 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН METHOD OF MAKING NITRIDE FILM ON SURFACE OF GaSb BASED HETEROSTRUCTURE
RU2540462C1 (en) * 2013-08-09 2015-02-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Method of radiation-induced thermal oxidising of silicon

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW394970B (en) The formation of semiconductor substrate surface insulation film and its related processes
US5412246A (en) Low temperature plasma oxidation process
JP3529989B2 (en) Film forming method and semiconductor device manufacturing method
CN100477113C (en) Method for manufacturing electronic device material
JP4402044B2 (en) Plasma processing method
JP4987206B2 (en) Method for manufacturing flash memory device
JP2596214B2 (en) Method of forming high-purity thin film
US20110281440A1 (en) Methods for nitridation and oxidation
US6291363B1 (en) Surface treatment of DARC films to reduce defects in subsequent cap layers
US20080135954A1 (en) Semiconductor device and method of producing the semiconductor device
US20060003603A1 (en) Method and apparatus for processing
US20070111458A1 (en) Methods and apparatus for incorporating nitrogen in oxide films
JPS59213137A (en) Manufacturing method of semiconductor device
RU2008745C1 (en) Process of production of nitrided oxide layer on substrate of semiconductor material
Dunn Hole trapping in reoxidized nitrided silicon dioxide
JP2004266075A (en) Substrate processing method
Szekeres et al. The effect of O2 plasma on properties of the Si SiO2 system
US7160818B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating same
CN1263105C (en) Method for forming oxidation layer
Janousek et al. Passivation properties and interfacial chemistry of photochemically deposited SiO2 on Hg0. 70Cd0. 30Te
Mizokuro et al. Mechanism of low temperature nitridation of silicon oxide layers by nitrogen plasma generated by low energy electron impact
SZEKERES of the Si-SiO2 System
Irrera et al. Enhanced injection in n/sup++/-poly/SiO/sub x//SiO/sub 2//p-sub MOS capacitors for low-voltage nonvolatile memory applications: experiment
Kimura et al. Fowler–Nordheim current injection and write/erase characteristics of metal–oxide–nitride–oxide–Si structure grown with helicon-wave excited plasma processing
Kassabov et al. Plasma processing effects on O2-HCl grown Si-SiO2 structures