RU2008745C1 - Способ получения нитрированного окисного слоя на подложке из полупроводникового материала - Google Patents
Способ получения нитрированного окисного слоя на подложке из полупроводникового материала Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 11
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Использование: изобретение предназначено для получения подзатворных окисных слоев КМОП-интегральных схем, полупроводниковых приборов, а также окисных слоев, применяемых в качестве изоляции активных элементов и в интегральных и дискретных структурах. Сущность изобретения: способ включает формирование окисного слоя на подложке и последующее термическое нитрирование его в азотсодержащей газовой среде в поле электромагнитного излучения, диапазон длин волн которого выбирают из условия ионизации среды. Способ позволяет улучшить электрофизические параметры и радиационную стойкость слоя при толщине свыше A.
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.
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.
Однако данный способ не позволяет получать пленку с удовлетворительными электрофизическими характеристиками.
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.
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.
Целью изобретения является улучшение электрофизических параметров и повышение радиационной стойкости нитрированных окисных слоев при увеличении их толщины свыше 100 
.
Для достижения цели диапазон длин волн электромагнитного излучения выбирают из условия ионизации азотсодержащей газовой среды.
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 
) 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.
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.
Так, для NH3 полосы поглощения соответствуют: 1-я полоса 170-217 нм 2-я полоса 140-169 нм 3-я полоса 115-150 нм.
Процесс активации и распада молекулы газа на радикалы можно представить следующим образом:
NH3
NH2 *XB1/ + H* -λ≅ 280нм
NH3
NH*(a1Δ ) + H2 --λ≅ 2240 нм
NH3
NH*(x3ε ) + H* + H* ≅1470 нм.
NH3
NH3
NH3
NH3 
NH3 * + 
- ионизация.
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.
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.
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).
- 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).
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% .
- 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% .
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 
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).
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).
Режим азотирования: Т = 800оС, t = 120 мин.
Режим установки: Е = 1,25 МэВ; Р = 180 Р/с; tобр = 60 мин.
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% .
- Екр = 107 В/см;
- сдвиг порогового напряжения ≅ 0,15 В;
- устойчивость к воздействию ионизирующего излучения - при дозе D = 106 р изменение Uпор ≅ 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.
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.
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.
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 100диапазон длин волн электромагнитного излучения выбирают из условия ионизации азотсодержащей газовой среды.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4954136 RU2008745C1 (ru) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Способ получения нитрированного окисного слоя на подложке из полупроводникового материала |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4954136 RU2008745C1 (ru) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Способ получения нитрированного окисного слоя на подложке из полупроводникового материала |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008745C1 true RU2008745C1 (ru) | 1994-02-28 |
Family
ID=21583855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4954136 RU2008745C1 (ru) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Способ получения нитрированного окисного слоя на подложке из полупроводникового материала |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2008745C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2168237C2 (ru) * | 1999-05-11 | 2001-05-27 | Берковиц Владимир Леонидович | Способ получения нитридной пленки на поверхности полупроводниковых соединений а3в5 |
| RU2305346C2 (ru) * | 2004-11-29 | 2007-08-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (НИФХИ им. Л.Я. Карпова) | Тонкопленочный материал диэлектрика затвора с высокой диэлектрической проницаемостью и способ его получения (варианты) |
| RU2368033C1 (ru) * | 2008-05-14 | 2009-09-20 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДНОЙ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ GaSb |
| RU2370854C1 (ru) * | 2008-06-16 | 2009-10-20 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДНОЙ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ GaSb |
| RU2540462C1 (ru) * | 2013-08-09 | 2015-02-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ радиационно-стимулированного термического окисления кремния |
-
1991
- 1991-06-28 RU SU4954136 patent/RU2008745C1/ru active
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2168237C2 (ru) * | 1999-05-11 | 2001-05-27 | Берковиц Владимир Леонидович | Способ получения нитридной пленки на поверхности полупроводниковых соединений а3в5 |
| RU2305346C2 (ru) * | 2004-11-29 | 2007-08-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (НИФХИ им. Л.Я. Карпова) | Тонкопленочный материал диэлектрика затвора с высокой диэлектрической проницаемостью и способ его получения (варианты) |
| RU2368033C1 (ru) * | 2008-05-14 | 2009-09-20 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДНОЙ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ GaSb |
| RU2370854C1 (ru) * | 2008-06-16 | 2009-10-20 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРИДНОЙ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ GaSb |
| RU2540462C1 (ru) * | 2013-08-09 | 2015-02-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ радиационно-стимулированного термического окисления кремния |
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 (ja) | 成膜方法及び半導体装置の製造方法 | |
| CN100477113C (zh) | 电子器件材料的制造方法 | |
| JP4402044B2 (ja) | プラズマ処理方法 | |
| JP4987206B2 (ja) | フラッシュメモリ素子の製造方法 | |
| JP2596214B2 (ja) | 高純度薄膜の形成方法 | |
| 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 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| RU2008745C1 (ru) | Способ получения нитрированного окисного слоя на подложке из полупроводникового материала | |
| Dunn | Hole trapping in reoxidized nitrided silicon dioxide | |
| JP2004266075A (ja) | 基板処理方法 | |
| 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 (zh) | 形成氧化层的方法 | |
| 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 |