RU1083842C - Method of creating alloyed regions of semiconducting instruments and integral micro-circuits - Google Patents
Method of creating alloyed regions of semiconducting instruments and integral micro-circuits Download PDFInfo
- Publication number
- RU1083842C RU1083842C SU3436468A RU1083842C RU 1083842 C RU1083842 C RU 1083842C SU 3436468 A SU3436468 A SU 3436468A RU 1083842 C RU1083842 C RU 1083842C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- boron
- kev
- creating
- energy
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Element Separation (AREA)
Description
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. The invention relates to the manufacturing technology of semiconductor devices and integrated circuits.
Известен способ ионного легирования бором областей полупроводниковых приборов в чистый кремний или кремний, защищенный окисной пленкой, где при ионном легировании бором областей полупроводниковых приборов энергиями 50-150 кэВ и дозами свыше 1,25 ˙ 1014 ион/см2 (20 мкКул/см2) период кристаллической решетки кремния увеличивается за счет атомов примеси и выбитых в результате бомбардировки атомов кремния, которые находятся в междоузлиях, "распирая" решетку. Последующие термические обработки переводят междоузельные атомы в узлы кристаллической решетки. При этом примесь становится электрически активной. Так как атомный радиус бора меньше атомного радиуса кремния, то кристаллическая решетка стягивается, что приводит к появлению дефектов в областях легирования.A known method of ionic doping of boron areas of semiconductor devices into pure silicon or silicon, protected by an oxide film, where with ionic doping of boron areas of semiconductor devices with energies of 50-150 keV and doses in excess of 1.25 14 10 14 ion / cm 2 (20 µc / cm 2 ) the period of the silicon crystal lattice increases due to impurity atoms and silicon atoms knocked out as a result of the bombardment, which are located in the interstices, "bursting" the lattice. Subsequent heat treatments transfer the interstitial atoms to the nodes of the crystal lattice. In this case, the impurity becomes electrically active. Since the atomic radius of boron is smaller than the atomic radius of silicon, the crystal lattice is contracted, which leads to the appearance of defects in the doping regions.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ создания легированных областей полупроводниковых приборов и интегральных микросхем путем окисления кремниевых пластин, вытравливания окон в маскирующем окисле, создания окисла в вытравленных окнах и ионной имплантации бора с последующей его разгонкой. Окисная пленка в данном случае толщиной 6000-7000 , энергия легирования 200-300 кэВ.Closest to the proposed technical solution is a method of creating doped areas of semiconductor devices and integrated circuits by oxidizing silicon wafers, etching windows in a masking oxide, creating oxide in etched windows and ion implantation of boron, followed by its acceleration. The oxide film in this case is 6000-7000 thick , doping energy 200-300 keV.
Недостатком этого способа является то, что при подборе соотношений энергии легирования и толщины окисла из указанных интервалов максимум концентрации имплантированного бора может лежать в кремнии, что приведет к появлению дефектов в областях легирования, особенно при больших дозах примеси, ухудшающих электрические параметры полупроводниковых приборов. The disadvantage of this method is that when selecting the ratios of the doping energy and oxide thickness from these intervals, the maximum concentration of implanted boron can lie in silicon, which will lead to defects in the doping regions, especially at high doses of impurities that degrade the electrical parameters of semiconductor devices.
Цель изобретения - улучшение электрических характеристик полупроводниковых приборов и интегральных микросхем путем исключения дефектов в областях, легированных бором, особенно при больших его дозах. The purpose of the invention is to improve the electrical characteristics of semiconductor devices and integrated circuits by eliminating defects in areas doped with boron, especially at high doses.
Поставленная цель достигается тем, что в способе создания легированных областей полупроводниковых приборов и интегральных микросхем путем окисления кремниевых пластин, вытравливания окон в маскирующем окисле, создания окисла в вытравленных окнах и ионной имплантации бора с последующей его разгонкой, выращивают окисную пленку в вытравленных окнах толщиной, определяемой соотношением:
d = КЕ, где d - толщина окисла в нанометрах, нм;
Е - энергия ионного легирования в килоэлектронвольтах, кэВ,
К - коэффициент, равный (3,6 - 4,0) нм/кэВ, после чего проводят ионную имплантацию бора в окисел энергией из диапазона 2-100 кэВ, соответствующей выбранной толщине окисла, а затем переводят разгонкой бор из окисла в кремний.This goal is achieved by the fact that in the method of creating doped areas of semiconductor devices and integrated circuits by oxidizing silicon wafers, etching windows in a masking oxide, creating oxide in etched windows and ion implantation of boron with its subsequent acceleration, an oxide film is grown in etched windows with a thickness determined by ratio:
d = KE, where d is the oxide thickness in nanometers, nm;
E is the ion doping energy in kiloelectron-volts, keV,
K is a coefficient equal to (3.6 - 4.0) nm / keV, after which boron ion implantation is carried out in the oxide with energy from the range of 2-100 keV, corresponding to the selected oxide thickness, and then the boron is transferred by distillation from oxide to silicon by distillation.
В связи с тем, что энергия ионов бора, достигающих кремний за счет дисперсионной составляющей ионного пучка, низка из-за торможения ионов в окисле, а при последующих термических обработках р-области формируются диффузией как этих ионов, так и примеси из окисла, дефекты в области легирования не возникают. Due to the fact that the energy of boron ions reaching silicon due to the dispersion component of the ion beam is low due to the deceleration of ions in the oxide, and during subsequent heat treatments the p-regions are formed by diffusion of both these ions and impurities from the oxide, defects in doping areas do not arise.
В результате повышаются пробивные напряжения и резко снижаются утечки р-n-переходов. As a result, breakdown voltages increase and leakages of pn junctions sharply decrease.
Коэффициент К подобран экспериментальным путем. Экспериментальные данные, использованные для определения нижней границы коэффициента К, приведены в таблице. Coefficient K is selected experimentally. The experimental data used to determine the lower boundary of the coefficient K are given in the table.
При значениях К меньше 3,6 нм/кэВ в легированных областях возможно возникновения дефектов. At values of K less than 3.6 nm / keV in doped regions, defects can occur.
Выбор значений К больше 4,0 нм/кэВ нежелателен, так как хотя дефекты в областях легирования отсутствуют, но из-за увеличения толщины окисла максимум концентрации примеси после ионной имплантации будет удален от границы раздела окисел-кремний, что приведет к необходимости увеличения дозы имплантируемой примеси. The choice of K values greater than 4.0 nm / keV is undesirable, since although there are no defects in the doping regions, due to an increase in the oxide thickness, the maximum impurity concentration after ion implantation will be removed from the oxide-silicon interface, which will lead to a need for an increase in the dose of the implantable impurities.
Так, если для получения поверхностного сопротивления легируемой области р-типа 200 Ом/□ при К равном 4,0 нм/кэВ доза имплантируемой примеси не превышает 330 мкКул/см2, то при К более 4,0 нм/кэВ доза увеличивается и при К равным 4,6 нм/кэВ составит 520 мкКул/см2, а при К более 5,0 нм/кэВ область р-типа не образуется, так как окисел становится маскирующим.So, if to obtain a surface resistance of the p-type doped region of 200 Ohm / □ at K equal to 4.0 nm / keV, the dose of the implantable impurity does not exceed 330 μCul / cm 2 , then at K more than 4.0 nm / keV the dose also increases at K equal to 4.6 nm / keV will be 520 μCoul / cm 2 , and at K more than 5.0 nm / keV, a p-type region is not formed, since the oxide becomes masking.
Для создания бездефектных легированных областей необходимую толщину окисла можно получить, выбирая любое значение коэффициента К из указанных пределов, причем пределы коэффициента К предусматривают технологический разброс получаемых толщин окисла. Например, для энергии легирования 25 кэВ толщина окисла, согласно формуле d=КЕ может лежать в пределах 90-100 нм; для энергии 100 кэВ толщина окисла - в пределах 360-400 нм. To create defect-free doped regions, the necessary oxide thickness can be obtained by choosing any value of the coefficient K from the indicated limits, and the limits of the coefficient K provide for the technological spread of the obtained oxide thicknesses. For example, for a doping energy of 25 keV, the oxide thickness, according to the formula d = KE, can lie in the range of 90-100 nm; for an energy of 100 keV, the oxide thickness is in the range of 360-400 nm.
Создание бездефектных легированных областей возможно при любых энергиях легирования путем подбора соответствующих толщин окисла. Однако, наиболее оптимальным является диапазон энергий 20-100 кэВ, так как при легировании энергиями ниже 20 кэВ уменьшается плотность ионного пучка снижается производительность ионно-лучевых установок, а применение энергии легирования более 100 кэВ приводит к увеличению толщины окисла выше 400 нм, что затрудняет воспроизводимое с точностью, определяемой коэффициентом К = (3,6-4,0) нм/кэВ, получение толщин окисла. Creating defect-free doped regions is possible at any doping energies by selecting the appropriate oxide thicknesses. However, the energy range of 20-100 keV is the most optimal, since when doping with energies below 20 keV, the ion beam density decreases, the productivity of ion beam systems decreases, and the use of doping energy of more than 100 keV leads to an increase in oxide thickness above 400 nm, which makes reproducible with accuracy determined by the coefficient K = (3.6-4.0) nm / keV, obtaining oxide thicknesses.
На чертеже изображена легированная область, сформированная по предлагаемому способу. The drawing shows a doped region formed by the proposed method.
Полупроводниковая подложка 1, в которой создана легированная область р-типа, сформирован слой окисла 2 для маскирования при ионном легировании слой окисла 3, выращенный в вытравленных окнах маскирующего слоя, область легирования 4 для создания полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. A semiconductor substrate 1 in which a p-type doped region is created, an
После создания маскирующего слоя окисла 2 с помощью фотолитографии в нем вытравливают окна. Затем в вытравленных окнах выращивают окисел 3 и проводят ионную имплантацию бора с такой энергией, чтобы максимум концентрации примеси находился в окисле 3 вблизи границы окисел-кремний. В этом случае область р-типа создают за счет ионов бора, имеющих энергию выше средней энергии пучка, т.е. за счет дисперсионной составляющей ионного пучка и за счет перераспределения примеси бора из окисла 3 в кремний при последующих термообработках. В этом случае количество дефектов в кремний снижается, а все преимущества создания полупроводниковых областей ионным легированием перед другими способами легирования сохраняются. After creating a masking layer of
Создание базовых областей р-типа, легированным бором по предлагаемому способу, в частности, может быть осуществлено следующим образом. The creation of the base areas of the p-type doped with boron by the proposed method, in particular, can be carried out as follows.
В маскирующем слое окисла толщиной 700-800 нм вытравливают окна для создания базовых областей. Кремний в окнах окисляют до толщины окисла 370-400 нм при температуре 1000 ± 1оС в сухом кислороде в течение 35 мин при расходе кислорода 2 л/мин, в парах деионизированной воды - 32 мин, в сухом кислороде - 35 мин. Затем проводят ионную имплантацию бора дозой 330 мкКул/см2 с энергией 100 кэВ, после чего пластины подвергают термической обработке при температуре 1120 ± 1оС в сухом кислороде - 10 мин при расходе кислорода 1 л/мин, в парах деионизированной воды - 25 мин, в сухом кислороде - 60 мин.In the masking layer of oxide with a thickness of 700-800 nm, windows are etched to create basic areas. Silicon windows oxidized to an oxide thickness of 370-400 nm at a temperature of 1000 ± 1 ° C in dry oxygen for 35 minutes at an oxygen flow of 2 l / min in deionised water vapor - 32 minutes in dry oxygen - 35 min. Then carried out the ion implantation of boron dose of 330 mkKul / cm 2 with an energy of 100 keV, after which the plate is subjected to a heat treatment at a temperature of 1120 ± 1 ° C in dry oxygen - 10 minutes at an oxygen flow rate of 1 l / min in deionised water vapor - 25 min , in dry oxygen - 60 minutes
Возможны и другие режимы отжигов как в окислительной среде, так и в нейтральной, при этом время и температура отжига определяются требуемой поверхностной концентрацией и глубиной залегания перехода. Other annealing modes are possible both in the oxidizing medium and in the neutral one, while the annealing time and temperature are determined by the required surface concentration and the depth of the transition.
Дефекты, возникающие при ионном легировании, выявляли путем обработки пластин в травителе следующего состава:
Сr2O3 - 25г, НF - 60 мл, Н2О - 50 мл.Defects arising from ion doping were detected by processing the plates in the etchant of the following composition:
Cr 2 O 3 - 25 g, НF - 60 ml, Н 2 О - 50 ml.
Плотность дефектов в областях, легированных бором, определяли по предлагаемому способу и по способу легирования бором областей кремния, не защищенных окисной пленкой, дозой 110 мкКул/см2 с энергией 100 кэВ.The density of defects in the areas doped with boron was determined by the proposed method and by the method of doping with boron areas of silicon that are not protected by an oxide film, a dose of 110 μCul / cm 2 with an energy of 100 keV.
Так как предлагаемый способ позволяет исключить возникновение дефектов в легированных областях и, тем самым, улучшить основные электрические характеристики р-n-переходов (повысить пробивные напряжения и снизить утечки), применение данного способа позволит повысить процент выхода годных изделий, их качество и надежность. Since the proposed method eliminates the occurrence of defects in doped areas and, thereby, improves the main electrical characteristics of pn junctions (increase breakdown voltage and reduce leakage), the use of this method will increase the percentage of suitable products, their quality and reliability.
Claims (1)
где d - толщина окисла, нм;
E - энергия ионного легирования, кэВ;
K - коэффициент, равный (3,6 - 4,0) нм/кэВ,
после чего проводят ионную имплантацию бора в окисел энергией из диапазона 20-100 кэВ, соответствующей выбранной толщине, окисла, а затем переводят разгонкой бор из окисла в кремний.METHOD FOR CREATING DOPED AREAS OF SEMICONDUCTOR DEVICES AND INTEGRAL MICROCIRCUITS by oxidizing silicon wafers, etching windows in masking oxide, creating oxide in etched windows and ionic implantation of boron with its subsequent distillation, characterized in that the integrated circuit is equipped with electrical devices for improving electrical characteristics elimination of defects in areas doped with boron, an oxide film is grown in etched windows with a thickness determined by the ratio d = kE,
where d is the thickness of the oxide, nm;
E is the ion doping energy, keV;
K is a coefficient equal to (3.6 - 4.0) nm / keV,
after which ion boron implantation is carried out in an oxide with an energy from the range of 20-100 keV corresponding to the selected thickness of the oxide, and then boron is transferred from the oxide to silicon by distillation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU3436468 RU1083842C (en) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | Method of creating alloyed regions of semiconducting instruments and integral micro-circuits |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU3436468 RU1083842C (en) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | Method of creating alloyed regions of semiconducting instruments and integral micro-circuits |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1083842C true RU1083842C (en) | 1995-03-20 |
Family
ID=30439954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU3436468 RU1083842C (en) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | Method of creating alloyed regions of semiconducting instruments and integral micro-circuits |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1083842C (en) |
-
1982
- 1982-05-10 RU SU3436468 patent/RU1083842C/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Патент США N 4140547, кл. 148-15, кл. 148-1.5, 1980. * |
Смирнов Н.Н. и др. Рентгенодифракционный метод исследования деформаций, возникающих в кремнии при бомбардировке ионами бора. Электронная техника, сер, 2 ВЖП 5 (97), 1975, с.38-43. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4199773A (en) | Insulated gate field effect silicon-on-sapphire transistor and method of making same | |
KR940008728B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US4420872A (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
US4382827A (en) | Silicon nitride S/D ion implant mask in CMOS device fabrication | |
KR970000703B1 (en) | Manufacturing method of semiconductor device in which a silicon wafer is provided at its surface with filled oxide regions | |
US5460983A (en) | Method for forming isolated intra-polycrystalline silicon structures | |
JPS6224945B2 (en) | ||
JPH0587036B2 (en) | ||
KR100367740B1 (en) | Method for fabricating gate oxide film | |
RU1083842C (en) | Method of creating alloyed regions of semiconducting instruments and integral micro-circuits | |
JPH0334649B2 (en) | ||
JPH0763072B2 (en) | Method for separating semiconductor devices | |
Honda et al. | Behavior of Fe impurity during HCl oxidation | |
JP3459050B2 (en) | Method for manufacturing MOS transistor | |
US3855008A (en) | Mos integrated circuit process | |
JPS6038833A (en) | Semiconductor device and manufacture thereof | |
JPS5982766A (en) | Semiconductor device | |
JP3297102B2 (en) | Method of manufacturing MOSFET | |
JPS6210033B2 (en) | ||
JPS60733A (en) | Semiconductor device and manufactur thereof | |
JPS61248476A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JPH036844A (en) | Manufacture of semiconductor integrated circuit | |
JPS60175416A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
JPH01278768A (en) | Semiconductor device having depth extension parts of source and drain and its manufacture | |
JPH01232718A (en) | Manufacture of semiconductor device |