PL159459B1 - Method for manufacturing the internal getter in silicon disks - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania getteru wewnetrznego w plytkach krzemowych, wykorzystujacy izotermiczne wygrzewanie zarodkujace i wygrzewanie zubozajace, znamienny tym, ze plytki wygrzewa sie przy uzyciu dwuetapowego wygrzewania zarodkujacego, najpierw w temperaturze 600°C-650°C w atmosferze N 2, w czasie 5-30 godzin, zaleznym od koncentracji tlenu miedzywez­ lowego w krzemie we wlasciwym wygrzewaniu zarodkujacym, a nastepnie wygrzewa sie je stabilizujaco, po czym nastepuje wygrzewanie zubozajace. PL

Description

Przedmiotem wynalazku Jest sposób wtwwazania gettem! oewottΓznego w płytkach krzemowych, zwłaszcza w płytkach stosowanych do produkcji układów scalonych CMOS.

Jednym z probeemów wstępujących przy produkeci układów scalonych MOO,ssycygólnln układów o dużym i bardzo dużym stopniu scaleina, jest yanincyssycznnin płytek krzemowych domieszkami metali uwłaszcza metali ciężkich.Aorny Fe, Cu, Cr, Ni, Ru i inne wprowaazają głębokie poziomy elektΓtnown w paśmie zabronionym krzemu,służące Jako efektywne centra rekombinacji nośtieów.PtW(tZuje to znaczne pogorszenie właściwości elnetrofyshyznych krzemuj szczególności se-ócnnln czasu życia oraz drogi d/fuji nośników m'nejsztśclowsch.Domieszki menaliczne stymulują także powstawanie w płytkach krzemowch niepożądanych defektów podpowierzchnlowych (tzw. defektów s-pits,oraz generowanych w procesie wysokotemperaturowego utleniania błędów ułożenia). Zanieczyszczenia menaliczne.występując w obszarach czynnych układów scalonych,powodują pogorszenie parametrów tych układów(tp.wzrtst prądów upływu i zwiększenie poboru mow,skrócę nie czasu odświeżaln.a pamięci DRAM itd.) i są często przyczyną znacznego obniżenia uzysku produkcyjnego. Zanieczyszczenia te znajdują się już w ^jścoo^ym maamiale eolikrcstalCztnym,ich źródłem bywają również elementy urządzeń do eett^α'ystal^zacCi krzemu^le mogą byó także wprowadzane do płytek krzemowch podczas wygi-rawań w^sokotemeeeaturtwch,w procesie lmpeantacji i podczas innych operacji technologicznych procesu produkcyjnego układów scalonych.

Istnieje wiele sposobów tgra!nLCynnia ujemnego wpływu yatincyssycyeń ^81^7^ kryemu,na parametry elektryczne układów scalonych. Do tajważntejszcch z nich należy metoda getterowanla oeOTlttΓznego.Polega ona na wytworzeniu oeΌtJrz płytki krzemowej getteru wewnttΓytegt (GA) - obszaru o dużej eonccntracCi defektów eΓstralhytyych,ntnetowancch w procesie w'y^lzyelania międzywęzłowego rlenu.Defnets te służą Jako centra wychwtywainia yatincystycynń meealicztChh.Obszar GA/ tddzyela od eowOerychni płytki strefa wolna od Znfneróo_Irzo. strefa oczyszczona (SO, w obrębie której znajdują się oszysSkin aktywne elektrycznie elementy układów scalonych.

Ą^i^^o^i^i^ile getteru oenolttrytngt oraz strefy oczyszczonej jest metllwn jnZcnln w płytkach erzemtwch,Όch'ttsch z eottteyształóo hodowanych metodą Czocl'h·^lteingt, w których ecnccntΓacja ' 17 —1R — międzywęzłowego tlenu wⁿ°si od £*10 cm do 1.2‘10 cm . Tak duża etncentΓacja tlenu międzywęzłowego znacznie erynocżsya wartości rozpuszczalności tlenu w krzemienie tylko w tempenaturye

159 459 pokojowej,lecz także w temperaturach charakterystycznych dla wielu opraćJi termicznych procesu produkcyjnego układów scalonych.Poddając płytki krzemowe obróbce termicznej^ można zmrdejszyć stopień przesycenia krzemu tlenem w obszarze przy po^w^i-zchi^ płytek oraz przyspieszyć proces wcielania tlenu ,w obszarze o dużym stopniu przesycenia (w głębi płytek). Defekty krystaliczne generowane w procesie w/dzelenie tlenu (tzw.defekty tlenowe) wyrastając formują getter ^^emęti^z^i^y^,n^1tom.^s't obszar o niskim stopniu przesycenia krzemu tlenem pozostaje eiriZefektoeany,·teorząc przypowierzchniową strefę oczyszczoną z zanieczyszczeń i defektów.

W lireraturzr opisane są różne rodzaje cykli wygrzewać .służące do w płytkach krzemowych gettrru eenwltZΓiergo i strefy oczyszczonej.Proces formowania GW i SO składa się z trzech podstawowych etαpóe,ιmowlin nazwanych etapami zubożanla,zarodkkwanla i wrdzzelania.Podczas etapu zubożania prowadzonego w wysokiej temperaturze (1100 -1200°C ), międzywęzłowe atomy tlenu wrdyfundowują z przypowierzchniowego obszaru płytki na zewlątrz,kbmżając tym samym stopień przesycenia krzemu teenem w tym obszarze. Etap zarodkowania prowadzony jest w niższych temperaturach (650 - 850°C).Podczas tego następuje bardzo szybka generacja płytkowych w'dzielrń tankowych w obszarze o dużym stopniu przesycenia krzemu tlenrm.a zatem w głębi płytki.Z kolei podczas etapu wy3zielanit,przebiegaJącego w temperaturach przekraczających 1000°C, następuje szybki wzrost płytkowych w'dzieleń tankowych oraz w wyniku tego generacja tzw.wtórnych defektów tlenkeych(dzsSokicJi,trekewych błędów ułożenia itd,), stanowiących właściwe centra wychwytywania zanieczyszczeń me^liicznycheEtap wrdzielanla rralikewany jest zawsze podczas wysokotemperaturowych operami termicznych właściwego procesu wytwarzania układów scalonych.Etapy zubożania oraz zarodkowania mogą być retlZke^αee podczas wygrzewać. wstępnych,wykonywanych przed procesem technologicznym lub też mogą być rralikewanr w trakcie procesu technologicznego.

Kolejność przeprowadzania obu tych etapów jest dowokna.Etap zubożania może być na przykład przeprowadzany podczas W'sokotemmerrtuΓoeej ( 1150 - 1200°C) dyfuzji tyspy.będącej jedną z pierwszych o^^er^t^c:i termicznych w tnJhtokogii układów C.'-;0O,natomiast etap zarodkowania może być w szczególności retlikewany w trakcie studzenia wyhodowanego mokoOirssiału krzemu.

Podczas etapu zarodkowania generowane są w objętości płytek krzemowych eydzielenia tlenkowe. Warunki przeprowadzenia tego etapu mają decydujący wpływ na koncentrację a także na ich stabilność,podczas wysokotemmynaturoeych wygrzewać etapu wyzielαnia. ja w^,ózieleń tlenkowych .powstałych podczas zarodkowania zależy przede wszystkim od temperatury i czasu wygrzewanie oraz od iknccrtΓacJl tlenu międzywęzłowego i węgla w krzemie.

Wykazano (Inoue N. .Wada K.,Osaka J.,SemtcJk.Silicon 1981,The Electorchem Soc.,Pelnitgtkt 1981. Eds.: Huff H.R. , Kiegler R.J.,Γaieishi Y. y.282.),żr prędkość zarodkowania wUlzzeleń trenkowych początkowo rośnie nieznacznie ze wzrostem temperatury w^ryg’^zewetta,osiąga wartość maksymalną dla T= 700°C - 750°C i szybko ^^t^je przy dalszym wzroście tempyratιu~y,z tego powodu etap zarodkowania realikewaey jest zw^I^^Lj w tym zakresie temperatur.Kolenym istonyym parametrem jest ionceneΓtcjt tlenu międzywęzłowego w irzemle.Prz.diość zarodkowania rośnie ze wzzostem ikncenerac,ji tlenu.Istotny wpływ na proces zarkZikeanit możr mirć również ikncentΓacjα węgla w krzemie.Uważa się_; żr obecność węgla sprzyja powstawaniu wydzieleń.Wpływ węgla zaznacza się szczególnie wyraźnie dla temperatur 800°C i przy niewielkich koncentracjach tlenu mięZzyw«złkeego.Węgiel o kkeJretracji mniejszej niż 2* 10 °cm~; nir ma isto^ego wpływu na proces itrkZikwaatα. ΚομμΙμ: ^nrroeaeych w procesie ztrkZioeaπi.t w/dzZnler. tlenkowych zależy od czasu w^,gΓ^zewecta. XonccntrtJjt ta rośnie szybko zr wzrostem czasu iarkZkkeatea, po czym ulega ι^/μι.u. '..aatość odpowiadającej nasyceniu orez czaszo Jakim to nasycenie następuje.matejr ze wzrostem temperatury.

Istota w^twarzan-a getteru wewe.^·Zrzergk w płytkach krzemowych według wynalazku polega ic tym, żr płytki wygrzewa się przy użyciu dwuetapowego wygrzewania ztrkZiująJego. Najpierw w temp. 600°C650^oC,prkeadzi się właściwe w^^jrzn^^i^^e zarodkujące.w zależności od iknccrtr^cJi tlenu międzywęzłowego w krzemie, czas wygrzewanie 'wnosi 5-30 iodzin,a proces yrketZikty jnst w atmosferze azotu. Następnie prowadzi się wygrzewanie stabilizujące w ^^mp. 55O°C - 1000°, w czasie nie dłuższym niż 20 godzin.·¹.' czasie wygrzewania sttbilizujJcegk płytki możne ·«yrzneać izktnrmiczein w ciągu vw^,5rzeetń izktermiczeych, prowadzonych w coraz wyższych temperaturach od 650°C - 1000°C, w czasie nie przekraczają/ym 10 gα^^ie. Po takim w^^^rzr^^n^u zarodkującym prowadzi się dopiero typowe eyι^lrine^te.n zubożające.

159 459

Sposób według wynalazku zostanie objaśniony na przykładzie wytwarzania getteru wewnętrznego w -technologii CMO^S w ^pł^ytkach krzemowych o ^soldej ( θ·⁸ - ⁹.2*1^o1^crn oraz ^średrdej ⁽7·0 - 7·5'¹⁰ 'cm tonccnttacci -tlenu międzjwęętowego.Płłtki ^były podd^{ane eta}powi zubożania w ^em^^e^^lturze 1158°C przez 2 godziny w atmosferze O9+ 1% HCC,a następnie w temperaturze 11OO^oC,przez 1 godzinę w atmosferze o tym samym składzie.ło zubożeniu wcielenia tlerkoowe były generowane podczas zarodkowania jednoetapowego^ temperaturze 725°C przez 15 godzin w 2^, lub podczas zarodkowćanLa dwuetapowego: zarodkowania właściwego w temperaturze 600°C przez 2O godzin w N₂ oraz wygrzewana stabilizującego,w temperaturze 725°C przez 15 godzin w ^.Następnie płytki poddane były trzem różnym w^iantom wygrzewać symulujących proces technologiczny układów scalonych CMOS.

W każdym z wariantów najpierw imitowano procesy termiczne, rea^zzw^arne przed dyfuzją wyspy: 1000°C, 1.5h, lub 10000c, 100, N₂ lub HOC^C, 1h, N₂, a nnstępnne imitowano ppoccs dyfuzji wypy- 1158°^ 0² + 0.5% HC1 + 1158⁰^ 13h^,2₂·

Zastosowanie dwuetapowego zarodkowai-daw porówiamLu z zarodkowaniem jednoetapowym,spowodoc p p p * wało średnio 3-4 - krotny ( z obSMCrcm-' do ok· 2* 10 cm ) oraz średnio 10 - krotny (z ok.4‘ W^cm^-' do ok^MO^cm”' ) wzrost koncce-toacc! defektów w getterze wew^trznym ^^e^odpowiednio o wysokej i średniej konccenracci tlenu· W wyniku zastosowania dwuetapowego zarzdkowanta, Ολι^οϊτ^ zwiększył się także generacyjny czas życia nośników mntejsiośąiow-ąh,w priynzwigriąh niowej warstwie obu rodzajów płytek,co świadczy o polepszeniu sm^eczi-iości getterowaria zanieci-ticień meealicznych·

Podobny efekt uzyskano stosując po zarodkowaniu właściwym w temperaturze 600°C wygrzewanie stabilizujące,w postaci ciągu wygrzewać: 725°C, 7h,2₂ + 800°C, 2h, 22«

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sptsób wytwarzania gettem weemętrznegt w płytkach krzemotwch,,wK°trystuJący izttermiczne wygrzewanie zarodkujące i wygźzewainLe zubożające,z namienny ty m,że płytki wygrzewa się przy użyciu dwuetapowego wygrzewana zarodkującego,najpierw w temperaturze 600°C650°^C, ^w hmosferze ^w cz^asi^e 5-30 godzin^a^^ym od konccntracj tlenu mi^z^ęzłowegro w krzemie we wtascbym wygrzewaniu zarodkującym^ następnie wygrzewa się Je stabilizująco,po czym następuje wygrzewanie zubożające.
2. 2. Sposób według zassrz.1^zamienny tym, że w czasie wygrzewania stabilizującego płytki w^jgrzewa się izotermi^nie w temperaturze 65O°C - 1000°C w czasie do 20 godzin.

   B. Sposób według zastrz. 1, znamienny ty m,że w czasie wccgr'yewamia stabilizującego płytki wgrzewa się izotermi^nie, w ciągu wgrzewań o coraz waszych temperaturach od 650°C do 1000^oC,pryy czym całkowity czas wgrzewania Jest lobejszy od 10 godzin.