Способ изготовления тонкопленочного транзистора
Владельцы патента RU 2522930:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (КБГУ) (RU)
Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкопленочных транзисторов с пониженной плотностью дефектов. В способе изготовления тонкопленочного транзистора в качестве подложки используют сильнолегированные монокристаллические пластины кремния n+-типа проводимости, в качестве изолятора затвора используют слой слой диоксида кремния толщиной 110 нм, выращенный термическим окислением в сухом кислороде при 1000°C, после чего формируют пленку аморфного кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°C и имплантируют ионы фтора с энергией 25 кэВ и дозой 1014-5·1015 см-2. После имплантации образцы отжигают в атмосфере азота при температуре 200-220°С в течение 60 минут, наносят пассивирующий слой оксида кремния толщиной 150 нм в плазме газовой смеси SiH4 и N2O, а для создания тонкого n+ аморфного кремниевого слоя проводят имплантацию ионов фосфора энергией 30 кэВ и дозой 1016 см-2. Техническим результатом изобретения является снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличение процента выхода годных. 1 табл.
Изобретения относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления тонкопленочных транзисторов с пониженной плотностью дефектов.
Известен способ изготовления тонкопленочного транзистора [Заявка 1276765 Япония, МКИ H01L 29/78] путем создания на стеклянной подложке квантово- размерной гетероструктуры Si/Ge/Si, которая покрывается изолирующим слоем. Боковые части структуры легируются фосфором для снижения последовательного сопротивления, а затвор из поликристаллического n-слоя кремния изолируется слоем диоксида кремния. В таких приборах из-за рассогласования кристаллических решеток образуются дефекты, которые ухудшают параметры полупроводниковых приборов.
Известен способ изготовления тонкопленочного транзистора [Заявка 225037 Япония, МКИ H01L 21/336] путем последовательного создания на диэлектрической подложке, со сформированными на ней электродами затворов, слоя диэлектрика затвора из нитрида кремния, слоя аморфного кремния, а на участке электрода затвора поверх слоя аморфного кремния формируется область из нитрида кремния. Затем без нарушения вакуума осаждаются слой аморфного кремния 100 нм и слой кремния толщиной 30 нм, легированный фосфором. Электроды истока и стока формируются путем удаления части слоев кремния.
Недостатками этого способа являются:
- повышенная плотность дефектов в структурах;
- низкая технологичность;
- образование механических напряжений.
Задача, решаемая изобретением: снижение плотности дефектов в полупроводниковых приборах, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышения качества и увеличения процента выхода годных.
Задача решается путем формирования аморфной пленки кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°C и последующей имплантации ионов фтора с энергией 25 кэВ, дозой 1014-5·1015 см-2 и проведения отжига в атмосфере азота при температуре 200-220°C в течение 60 мин. Атомы фтора выступают в качестве междоузельных акцепторов, компенсируя n-примесь атомов фосфора в областях контактов и подавляет диффузию алюминия в процессе активационного отжига.
Технология способа состоит в следующем: при изготовлении тонкопленочного транзистора в качестве подложки использовали сильнолегированные монокристаллические пластины кремния n+-типа. Затем выращенный термическим окислением в сухом кислороде при 1000°C слой диоксида кремния толщиной 110 нм использовался в качестве изолятора затвора. В последующем формировали пленки аморфного кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°C и имплантировали ионы фтора с энергией 25 кэВ, дозой 1014-5·1015 см-2. После имплантации образцы отжигались в атмосфере азота при температуре 200-220°C в течение 60 мин, а пассивирующий слой оксида кремния толщиной 150 нм наносили в плазме газовой смеси SiH4 и N2O при температуре 250°C в соотношении газовых потоков 15:85. В этом слое вытравливались окна для контактов истока и стока. Затем для создания тонкого n+ аморфного кремниевого слоя проводилась имплантация ионов фосфора энергией 30 кэВ и дозой 1016 см-2, пластины металлизировались алюминием и на них формировались контакты с использованием фотолитографии. Для формирования омических контактов проводили после имплантационный отжиг при температуре 200°C в течение 30 мин.
По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы. Результаты обработки представлены в таблице.
| Параметры п/п структур, изготовленных по стандартной технологии | Параметры п/п структур, изготовленных по предлагаемой технологии | ||
| Дрейфовая подвижность, см2/В·с | плотность дефектов, см-2 | Дрейфовая подвижность, см2/В·с | плотность дефектов, см-2 |
| 2,3 | 4,8·106 | 4,7 | 2,5·104 |
| 3,1 | 4,1·106 | 6,0 | 2,2·104 |
| 4,5 | 2,8·106 | 8,8 | 1,1·104 |
| 2,7 | 4,5·106 | 5,3 | 2,7·104 |
| 4,2 | 3,0·106 | 8,1 | 1,3·104 |
| 3,7 | 3,9·106 | 7,2 | 1,7·104 |
| 2,9 | 4,2·106 | 5,5 | 2,0·104 |
| 4,4 | 2,7·106 | 8,3 | 1,2·104 |
| 3,8 | 3,7·106 | 7,5 | 1,8·104 |
| 2,4 | 4,7·106 | 4,6 | 2,4·104 |
| 4,1 | 3,1·106 | 7,9 | 1,6·104 |
| 3,9 | 4,2·106 | 7,4 | 2,2·104 |
| 2,6 | 4,5·106 | 4,8 | 2,5·104 |
| 3,3 | 4,0·106 | 6,5 | 1,9·104 |
Экспериментальные исследования показали, что выход годных приборов, на партии пластин сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 17,8%.
Технический результат: снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличение процента выхода годных.
Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной, и соответствовали требованиям.
Предлагаемый способ изготовления тонкопленочного транзистора путем формирования аморфной пленки кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°С с последующей имплантацией ионов фтора с энергией 25 кэВ, дозой 1014-5·1015 см-2 и проведения отжига в атмосфере азота при температуре 200-220°С в течение 60 мин позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.
Способ изготовления тонкопленочного транзистора, включающий формирование электродов затвора, контактов истока и стока, изолирование затвора слоем диоксида кремния, отличающийся тем, что в качестве подложки используют сильнолегированные монокристаллические пластины кремния n+-типа, затем выращенный термическим окислением в сухом кислороде при 1000°С слой диоксида кремния толщиной 110 нм используют в качестве изолятора затвора, в последующем формируют пленки аморфного кремния толщиной 430 нм в ВЧ тлеющем разряде в силане при температуре подложки 250°С и имплантируют ионы фтора с энергией 25 кэВ и дозой 1014-5·1015 см-2 после имплантации образцы отжигают в атмосфере азота при температуре 200-220°С в течение 60 мин, пассивирующий слой оксида кремния толщиной 150 нм наносят в плазме газовой смеси SiH4 и N2O при температуре 250°С в соотношении газовых потоков 15:85, затем для создания тонкого n+ аморфного кремниевого слоя проводят имплантацию ионов фосфора энергией 30 кэВ и дозой 1016 см-2.
