158101. lajstromszámú szabadalom • Korszerű félvezető eszközökben alkalmazott, passziváló SiO2 réteg tulajdonságainak meghavítása
158101 3 4 sabb jellemzője a térfogati töltéskoncentráció. A réteg töltéskoncentrációja, illetőleg az ebben benne foglalt iontartalma több forrásból származhat, melyek közül a technológiailag is befolyásolható legjelentősebbek: a) A félvezető SÍO2 határréteg szerkezeti tulajdonságaiból származó ún. határréteg állapotok. Ezek között szerepelnek a telítetlen (Sí) kötések, oxidvakanciák, peroxidkötések stb. A rendezetlen határrétegben ezeknek az állapotoknak koncentrációja nagyobb. b) A SÍO9 réteg kialakítása — növekedése — alatt a környezeti atmoszférából vagy a félvezető anyagból a SÍO2 rétegbe beépülő, ionos karakterű szennyeződések. Ezek közül legfontosabbak az alkáli fémek (Na+) és az OH- ionok. Az előbbi általában a félvezető anyagból — Si — és az eszközökből, az utóbbi atmoszférából épül be. Jelenlétük erősen megnöveli a határréteg rendezetlenségét is. c) A félvezető anyagba eredetileg vagy előzetes diffúzióval beépített adalék anyagok, melyek a SÍO2 réteg kialakulása közben egy karakterisztikus megoszlási hányados szerint rendeződnek el a SiOi-félvezető határrétegben. A legfontosabb adalékok közül a bór (B) az oxidban, a foszfor (P) a félvezetőben dúsul fel és ezzel megváltoztatja a határrétegben a töltéseloszlást. A Si02 réteg töltéstartalmának az a. és b. pontban összefoglalt forrásai a félvezető eszköz stabilitása szempontjából a legkritikusabbak, mivel hőkezelés vagy elektromos tér hatására átrendeződhetnek és így az eszköz elektromos tulajdonságainak időbeli változását, instabilitását okozzák. A szilícium planar és MOS eszközöknél a SÍO2 réteg előállításának legelterjedtebb módszere a termikus oxidáció. Termikus oxidációnál az oxid töltéstartalmát döntően befolyásolják az előállítás körülményei, vagyis az oxidáló atmoszféra összetétele és az oxid növekedési sebessége. Kisebb növekedési sebességnél a Si—SiO? határréteg rendezetlensége csökken, különösen az átrendeződésre hajlamos állapotok száma lesz kisebb. A kisebb rétegnövekedési sebesség és a száraz O2 atmoszféra azáltal is csökkenti a változékony határréteg állapotok számát, hogy elősegíti a Na+ és OH~ ionok kidiffundálását a Si— SÍO2 határrétegből. Mindkét ionos szennyezés ugyanis hajlamos arra, hogy a SiOj-gáz határrétegen akkumulálódjék és ez különösen akkor érvényesül, ha az oxid növekedése kisebb mint az ionok diffúziós sebessége. A száraz környezet azért is szükséges, hogy elkerüljék az újabb OH~ ionok beépülését. A fenti szempontok alapján született a legelterjedtebben használt száraz-nedves-száraz (DWD) oxidációs ciklus, mely az első és utolsó száraz' oxigénes kezeléssel használja ki a fenti tapasztalatokat az oxidréteg tulajdonságainak javítására. Az oxidációt közvetlenül követően az oxidréteg gyenge megmarásával azután a felületen, akkumulálódott Na+ ionok túlnyomó többsége eltávolítható. Ugyancsak a legveszélyesebb Na+ ionos szenynyeződés hatásának kiküszöbölését célozza az ún. getterezés. Ennél a technikánál azt a tapasztalatot használják fel, hogy a száraz oxigén vivőgázban végrehajtott foszfor diffúziónál az amorf SÍO2 oxidréteg felületén kialakuló foszfor-szilikát üveg az ugyancsak a felületre akkumulálódó Na+ ionokat megköti, úgy hogy azok elvesztik mozgékonyságukat. Ezzel a félvezető eszköz stabilitása jelentős mértékben nő. Az általunk kidolgozott elv és eljárás az oxidréteg tulajdonságainak megjavítására azon a felismerésen alapszik, hogy megfelelően választott körülmények között — az eddigi tapasztalatoktól és irodalmi adatoktól eltérően — termikusan növelt SÍO2 rétegbe növekedés közben foszfor adalék építhető be, mely teljes mértékben betölti a getterezésnél kialakított foszfor üveg szerepét. A munkamenet során — ezzel egyidejűleg — a száraz-nedves-száraz ciklus szempontjai is érvényesülnek. A fenti elvnek megfelelő oxidnövelési eljárás egyik lehetséges változatának műveleti sorrendje a következő: 1. A megfelelően — önmagában ismert módon —• tisztított szilícium lemezt 850—1050a C hőfoktartományban —• célszerűen 900°C körül 5—10 percig száraz 02 -ben előoxidáljuk. 5. Az oxidációs ciklust 5—15 perces száraz Ov-ben végzett oxidációval fejezzük be. A vázolt munkamenet szerint készített SÍO9 réteg jellemző tulajdonságai a következők: a) Növekedési sebessége valamivel — 5—10 %-kal, kisebb, mint a hagyományos módon növelt SÍÓT rétegé. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2. Az oxigén áramhoz foszfor vagy foszfor ve-40 gyület gőzét adagoljuk pl. olyan módon, hogy a teljes gázmennyiség 0,1—10fl /o-át — célszerűen 1—1,5%-át — telítő edényen átvezetve 15—25°C-os foszforoxiklorid (POCL3 ) gőzével telítjük, majd ismét a főáramhoz keverjük. 45 ""• 3. A szilícium szeletet a 2. pontnak megfelelően beállított atmoszférában 0,5—l^-ig hevítjük ugyancsak az 1. pontnak megfelelő hőfoktartományban. 50 4. Az előkezelt szilícium szeleteket a végső oxidvastagság beállításához szükséges hőfokú —• általában 120Q°C — kályhába helyezzük, és az előírt oxidvastagsághoz szükséges növekedési sebességet az O9 gáz vízgőztartalmával beállítva, nedves oxigénben tovább oxidáljuk. 2
