188812. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezető eszközök felületvédelmére
1 188 812 2- Chemical Vapour Dçpositikon (CVD) — kémiai gözfázisú rétegleválasztás (900 °C) vagy alacsony hőmérsékletű (350 °C) plazmával gyorsított CVD- vel való előállítást alkalmazunk. Ismert jelenség az is, amikor Si3N4 réteget a foszfor tartalmú foszforszilikát üveg dielektrikum tetejére választják le, a szilíciumnitrid réteg repedési hajlama nagymértékben megnövekszik. Ez a jelenség nem magyarázható teljes mértékben sem a hökitágulási együtthatókban, sem pedig a Young modulusokban mutatkozó különbségekkel. A szakirodalom e jelenség okairól keveset mond és a foszforüvegen levő Si3N4 réteg fokozott repedési hajlamát kémiai reakcióval magyarázza. A hivatkozott publikációk szerint pl. a foszforüveg vastagságának, foszfortartalmának az Si3N4 réteg vastagságának megfelelő összehangolásával található olyan optimum, amelynél az Si3N4 réteg nem reped meg. Ez akkor következik be, ha az Si3N4 rétegleválasztását nem követi újabb magas hőmérsékletű hőkezelés. A hivatkozott szakirodalom megállapítása szerint az Si3N4 réteg repedési hajlama egyértelműen csökken, ha a foszforüveg foszfortartalma csökken. Mivel azonban a foszfor tartalmat egyéb technológiai követelmények szabják meg, a szerzők a Si3N4 réteg megrepedését úgy kerülik el, hogy a foszforüveg és az Si3N4 réteg közé egy tiszta Si02 réteget választanak le — Chemical Vapour Deposition - CVD eljárással. A félvezető eszköz éles (megmunkálandó) felületén a passziváló, védő réteget úgy kell kialakítani, hogy a gyártás során a hőkezelések hatására ne következzen be repedés. Ismert tény, hogy a félvezető technológiában számos esetben szükség van arra, hogy a már védő, passziváló réteggel ellátott félvezető elemeket magas hőmérsékleten kezeljék. Ilyen eset például az, amikor nagyon szűk az a paraméterhalár - pl. áramerösítési tényező - amelyen belül nagy darabszámú planar tranzisztort kell előállítani. Ebben az esetben a már passzíváit, fémezés előtt álló félvezető szeleteken tűs mérő segítségével a kontaktusablakokban megmérik az elektromos paramétereket. Azokat a szeleteket, amelyeknek az áramerősítési tényezője nem éri el a szükséges értéket, hosszabb-rövidebb ideig magas hőmérsékletű — 500—100 °C — hőkezelésnek vetik alá. Ez a hőkezelés részben a felületi rekombináció sebességjavulásán, részben az emitterdiffúzió mélységének növelésén keresztül hat az áramerősítési tényező növekedésére. A hőkezelés után még mindig a kontaktusablakon végzett méréssel ellenőrizhető, hogy megfelelő volt-e a hőkezelés. Kedvezőtlen eredményű paraméterek esetében ezt a hőkezelést megismétlik. Kísérletsorozatot végeztünk az Si3N4-el passzíváit félvezető eszközökön arra vonatkozóan, hogy milyen technológiai paraméterek esetén kerülhető el az Si3N„ réteg megrepedése, ha a felvitele után magas hőmérsékletű hőkezelést alkalmazunk. A kapott eredmény igazolta a hivatkozott publikáció megállapítását, nevezetesen azt, hogy az Si3N4 réteg repedési hajlama akkor a legnagyobb, ha a szilíciumnitrid leválasztás foszforszilikát üvegre történik. A repedési hajlam akkor csökken, ha a foszfortartalom, az Si3N4 rétegvastagsága és a hőkezelés hőmérséklete csökken. A technológiai szempontokból szükséges minimális (Si3N4) 50 nm rétegvastagság mellett folytatott kísérleteinkből azt állapítottuk meg, hogy nincs olyan foszforüveg réteg, amelyen létrehozott Si3N4 réteg ne repedne meg, ha az Si ,N4 500 °C-nál magasabb hőmérsékletű hőkezelést kap. E tényből fakad az a felismerés, hogy amennyiben a félvezető eszköz készítés során keletkezik foszforüveg és a félvezető eszközt Si3N4 réteggel kívánjuk passziválni, továbbá, ha a már passzíváit félvezetőt további technológiai műveletek során magas hőmérsékletű hőkezelésnek vetjük alá, akkor a Si3N4 réteg leválasztása előtt a foszforüveg réteget el kell távolítani a félvezető eszköz felületéről. A Si3N4 passziváló réteget elektromos és mechanikai okok miatt nem célszerű közvetlenül a szilícium felületére leválasztani, ezért a foszforüveg réteg eltávolítását célszerű úgy végezni, hogy a foszforüveg alatt rendszerint meglevő tiszta, szándékosan nem adalékolt Si02 réteget meghagyjuk. Ha ez nem lehetséges, akkor az Si3N4 rétegleválasztás előtt célszerű legalább 10 nm vastag, tiszta Si02 réteget létrehozni a szilícium felületén, és az Si3N4 réteget csak ezután leválasztani. A fenti tények felismerése alapján javasolunk egy olyan eljárást, mely az ismert módon kialakított, sorrendben Si02 és foszforszilikát üvegréteggel ellátott félvezető eszköz aktív felületének a védelmére szolgál, mely eljárás során a félvezető eszköz éles felületéről a foszforszilikát üveg réteget nedves vagy száraz kémiai maratással eltávolítjuk, majd az ily módon megmunkált félvezető eszköz felületét ismert eljárással szilíciumnitrid Si3N4 réteggel vonjuk be. A találmány szerint passzíváit félvezető eszközök elektromos paraméterei tartós üzemi körülmények között és a megbízhatósági vizsgálatok során is stabilak maradnak, és nedvességgel szemben nagymértékben ellenállónk. Az. általunk kidolgozott eljárást az alábbiakban a SÍ planár tranzisztor készítése során mutatjuk be. Az ri típusú epilaxiális Si egykristály felületén termikus oxidációt követő fotolitográfia segítségével, bázisablakon keresztül bázisréteget hozunk létre. Ismételt oxidáció és fotolitográfia segítségével emitterablakot hozunk létre. Az emitlerdiffúzióhoz foszfor adalékolást használunk. A Si szeleteket 1100°C hőmérsékletű reakciólérbe helyezzük, majd oxigént és POCl3 gőzt vezetünk a szeletekhez, A magas hőmérséklet következtében P205 és Si02- ből álló elegyüveg, ún. foszforszilikátüveg keletkezik a szeletek felületén, amelyből az emitterablakok helyén a foszfor adalékolás kialakítja az emittertarlományt. A következő művelet során a foszforszilikál üveget HF tartalmú marószerben eltávolítjuk, azaz 1 : 20 arányú HF : H20 keverékben 1 percig maratjuk. Az ismét oxidmentessé vált Si felületeken 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
