Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для получения диэлектрических покрытий на монолитных интегральных схемах с алюминиевой металлизацией. The invention relates to microelectronics and can be used to obtain dielectric coatings on monolithic integrated circuits with aluminum metallization.
Цель изобретения увеличение выхода годных полупроводниковых приборов путем улучшения качества диэлектрического покрытия и повышение надежности приборов в работе. The purpose of the invention is to increase the yield of semiconductor devices by improving the quality of the dielectric coating and increasing the reliability of the devices in operation.
Аморфный кремний, обладающий сжимающими напряжениями по отношению к подложке, исключает образование дефектов, связанных с различием коэффициентов температурного расширения диэлектрического слоя защитного покрытия и подложки. Его химическая стойкость к кислотной или щелочной среде обеспечивает надежную защиту полупроводникового прибора от окружающей среды. Хорошая адгезия аморфного кремния к слою фосфорсиликатного стекла и его более высокая твердость и механическая пpочность обеспечивают в целом механическую прочность всего защитного покрытия и исключают образование в нем нарушений на технологических этапах изготовления приборов. Кроме того, осаждение пленки аморфного кремния путем низкотемпературного разложения моносилана в высокочастотном разряде позволяет проводить водородный отжиг структуры полупроводникового прибора. Атомарный водород, образующийся на поверхности полупроводникового прибора при разложении моносилана, обладает высокой подвижностью и легко проникает в глубокие окисные слои и на границу раздела с кремнием. Он связывает свободные связи в диэлектрике, чем достигается стабилизация зарядового состояния диэлектрических слоев. В процессе осаждения пленки аморфного кремния растущая пленка становится барьером для диффузии атомарного водорода на поверхность структуры и при достижении толщины слоя аморфного кремния 50,0 нм водородный отжиг почти полностью прекращается. Это связано с тем, что слой аморфного кремния становится сплошным и полностью экранирует поверхность структуры от атомарного водорода. Ограничение скорости роста пленки аморфного кремния на первом этапе осаждения величиной 5-15,0 нм/мин обусловлено необходимостью проведения полного водородного отжига полупроводникового прибора до получения сплошной пленки аморфного кремния 50,0 нм. Amorphous silicon, which has compressive stresses with respect to the substrate, eliminates the formation of defects associated with the difference in the coefficients of thermal expansion of the dielectric layer of the protective coating and the substrate. Its chemical resistance to acid or alkaline conditions provides reliable protection of the semiconductor device from the environment. The good adhesion of amorphous silicon to the phosphorus silicate glass layer and its higher hardness and mechanical strength ensure the overall mechanical strength of the entire protective coating and prevent the formation of disturbances in it at the technological stages of the manufacture of devices. In addition, the deposition of an amorphous silicon film by low-temperature decomposition of monosilane in a high-frequency discharge allows hydrogen annealing of the structure of a semiconductor device. Atomic hydrogen generated on the surface of a semiconductor device during the decomposition of monosilane has high mobility and easily penetrates into the deep oxide layers and at the interface with silicon. It binds free bonds in a dielectric, thereby stabilizing the charge state of dielectric layers. During the deposition of an amorphous silicon film, the growing film becomes a barrier to the diffusion of atomic hydrogen on the surface of the structure and when the thickness of the amorphous silicon layer reaches 50.0 nm, hydrogen annealing almost completely ceases. This is due to the fact that the amorphous silicon layer becomes continuous and completely shields the surface of the structure from atomic hydrogen. The limitation of the growth rate of the amorphous silicon film at the first deposition step to 5-15.0 nm / min is due to the need for a complete hydrogen annealing of the semiconductor device to obtain a continuous amorphous silicon film of 50.0 nm.
Для получения высокоомного аморфного кремния после его осаждения полупроводниковые структуры подвергают низкотемпературному отжигу, при котором происходит снижение его проводимости с 1010-1012 Ом/см после осаждения до 1014--1016 Ом/см после термического отжига в нейтральной среде при 300-450оС. При термическом отжиге в аморфном кремнии разрушаются водородные связи и водород выходит из объема слоя, что сопровождается снижением его проводимости на 3-4 порядка. Температурные границы термического отжига аморфного кремния обусловлены следующими факторами: нижняя граница связана с началом интенсивного разрушения водородных связей и выхода водорода из аморфного кремния, верхняя граница процессами диффузии алюминиевой металлизации в кремниевые области в контактных окнах. Проведение термического отжига в нейтральной среде обеспечивает интенсивный выход водорода из объема слоя аморфного кремния.To obtain high-resistance amorphous silicon after its deposition, semiconductor structures are subjected to low-temperature annealing, in which its conductivity decreases from 10 10 -10 12 Ohm / cm after deposition to 10 14 -10 16 Ohm / cm after thermal annealing in a neutral medium at 300- 450 about C. During thermal annealing in amorphous silicon, hydrogen bonds are destroyed and hydrogen leaves the volume of the layer, which is accompanied by a decrease in its conductivity by 3-4 orders of magnitude. The temperature limits of thermal annealing of amorphous silicon are due to the following factors: the lower boundary is associated with the onset of intense destruction of hydrogen bonds and the release of hydrogen from amorphous silicon, the upper boundary by the diffusion of aluminum metallization into silicon regions in the contact windows. Carrying out thermal annealing in a neutral medium provides an intensive exit of hydrogen from the bulk of the amorphous silicon layer.
П р и м е р. На кремниевой пластине формируют структуру полупроводникового прибора, содержащего алюминиевую металлизацию. Пассивирующий слой фосфорсиликатное стекло стекло осаждают в системе моносилан фосфин кислород в соотношении компонентов 1: 0,05-10 при 450оС. Скорость осаждения 40,0-45,0 нм/мин, толщина 0,9 мкм, содержание фосфора 2,5-3 мас. Затем поверхность пленки подвергают отмывке в деионизованной воде и проводят сушку пластин. Затем на пластины методом химического осаждения газовой фазы при плазменной активации процесса осаждения наносят слой аморфного кремния толщиной 0,5-1,0 мкм. Осаждение аморфного кремния проводят из центрированного моносилана (100% ) при рабочем давлении в реакторе 100-500 мТорр и токе плазмы 1,0-2,0 А. На первом этапе осаждения получают пленку аморфного кремния толщиной 50,0 нм при скорости осаждения аморфного кремния до 15,0 нм/мин (расход моносилана 70,0 см3/мин, рабочее давление 100 мТорр, ток плазмы 1,0 А), на втором этапе осаждения получают слой аморфного кремния 0,5-1,0 мкм (расход моносилана 300-350 см2/мин, давление 300-500 мТорр, ток плазмы 1,5-2,0 А) со скоростью роста 50,0-100,0 нм/мин. После этого пластины подвергают низкотемпературному отжигу при 450оС в течение 10 мин в среде азота. Затем методом фотолитографии формируют маску и вскрывают контактные окна в слое аморфного кремния и фосфорсиликатного стекла, снимают фоторезистивную маску и после отжига при 450оС в течение 10 мин в азоте передают приборы для сборки в корпуса.PRI me R. A structure of a semiconductor device containing aluminum metallization is formed on a silicon wafer. The passivation layer glass phosphor glass is deposited in the system monosilane phosphine oxygen in a ratio of 1: 0.05-10 at 450 C. The deposition rate 40,0-45,0 nm / min, thickness 0.9 mm, phosphorus content 2.5 -3 wt. Then the surface of the film is subjected to washing in deionized water and the plates are dried. Then, a layer of amorphous silicon with a thickness of 0.5-1.0 μm is applied to the wafers by chemical vapor deposition during plasma activation of the deposition process. Amorphous silicon is deposited from centered monosilane (100%) at a working pressure in the reactor of 100-500 mTorr and a plasma current of 1.0-2.0 A. At the first deposition step, an amorphous silicon film 50.0 nm thick is obtained at an deposition rate of amorphous silicon up to 15.0 nm / min (monosilane flow rate 70.0 cm 3 / min, working pressure 100 mTorr, plasma current 1.0 A), at the second deposition step, an amorphous silicon layer of 0.5-1.0 μm is obtained (monosilane flow rate 300-350 cm 2 / min, pressure 300-500 mTorr, plasma current 1.5-2.0 A) with a growth rate of 50.0-100.0 nm / min. After this, the plates are subjected to low-temperature annealing at 450 about C for 10 min in a nitrogen atmosphere. Then, a mask formed by photolithography and contact holes opened in the layer of amorphous silicon and phosphor glass, photoresist mask is removed and after annealing at 450 ° C for 10 minutes in nitrogen transmitting devices for assembly into the housing.
Изобретение позволяет повысить выход годных полупроводниковых приборов и надежность приборов в работе за счет защиты поверхности полупроводникового прибора механически прочным, химически стойким и бездефектным слоем аморфного кремния, присутствия слоя фосфорсиликатного стекла в составе защитного покрытия и водородного отжига структуры, обеспечивающего пассивирующие свойства покрытию и стабильность поверхностного заряда и исключающего утечки между шинами металлизированной разводки, а также за счет заключительного отжига аморфного кремния, позволяющего получить низкую проводимость защитной пленки аморфного кремния и обеспечить диэлектрические свойства верхнему слою защитного покрытия полупроводникового прибора. The invention improves the yield of suitable semiconductor devices and the reliability of devices in operation by protecting the surface of the semiconductor device with a mechanically strong, chemically resistant and defect-free layer of amorphous silicon, the presence of a layer of phosphorosilicate glass in the composition of the protective coating and hydrogen annealing of the structure, providing passivating properties to the coating and stability of the surface charge and eliminating leakage between metallized busbars, as well as due to final annealing, is amorphous silicon, which allows to obtain a low conductivity of the protective film of amorphous silicon and to provide dielectric properties to the upper layer of the protective coating of a semiconductor device.