RU2014671C1

RU2014671C1 - Process of manufacture of charge-coupled devices

Info

Publication number: RU2014671C1
Authority: RU
Inventors: А.Г. Булгаков; В.Г. Кириенко; К.В. Санин
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт "Электрон"
Priority date: 1991-05-24
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: invention can find use in manufacture of MIS microcircuits. Process involves formation of masking layer on silicon substrate, preliminary heat treatment, formation of elements of device and finishing heat treatment. Cooling after heat treatment is conducted in accordance with preset program. EFFECT: facilitated manufacture.

Description

Изобретение относится к технологии изготовления МДП-микросхем, а именно к способам изготовления кремниевых фоточувствительных приборов с зарядной связью. The invention relates to a manufacturing technology of MIS chips, and in particular to methods for manufacturing silicon photosensitive devices with a charging connection.

Известен способ изготовления МДП-микросхем, включающий формирование тонкого окисного слоя на поверхности подложек (толщина 50 нм, при Т 1000^оС, время 35 мин), затем нанесение тонкого слоя нитрида кремния из газовой фазы, в результате чего формируется маскирующий слой, затем производится трехстадийная термообработка. Первая стадия проводится при Т 1100^оС, t 4 ч. Вторая стадия проводится при Т 700^оС, t 16 ч. в результате в объеме кристалла образуется большое количество мелких дефектов (прецилистат). Третья стадия проводится при Т 1000^оС t 6 ч, при этом в объеме кристалл формируется высок концентрация крупных стабильных дефектов, являющихся внутренним геттерным слоем. Приповерхностный слой с пониженным содержанием кислорода, являющийся активным слоем, свободен от дефектов.A known method of manufacturing MIS chips, including the formation of a thin oxide layer on the surface of the substrates (thickness 50 nm, at T 1000 ^about C, time 35 min), then applying a thin layer of silicon nitride from the gas phase, resulting in the formation of a mask layer, then produced three-stage heat treatment. The first stage is carried out at Т 1100 ^о С, t 4 h. The second stage is carried out at Т 700 ^о С, t 16 h. As a result, a large number of small defects (precilistat) are formed in the crystal bulk. The third stage is carried out at Т 1000 ^о С t 6 h, while a high concentration of large stable defects, which are the internal getter layer, is formed in the bulk of the crystal. The surface layer with a low oxygen content, which is the active layer, is free from defects.

Далее производится формирование элементов МДП-микросхемы, включая локальное окисление при Т 1000^оС в течение 6 ч и другие процессы. Введение маскирующего слоя позволяет упростить технологию изготовления прибора и защитить поверхность подложки от влияния газовой фазы и в большинстве случаев от влияния посторонних частиц. Однако введение маскирующего слоя не решает проблем, связанных с кислородом.Next is the formation of the TIR-chip, including local oxidation at T 1000 ^o C for 6 hours, and other processes. The introduction of a masking layer allows us to simplify the manufacturing technology of the device and protect the surface of the substrate from the influence of the gas phase and in most cases from the influence of foreign particles. However, the introduction of a masking layer does not solve the problems associated with oxygen.

Недостатком способа является низкая воспроизводимость, обусловленная тем, что для воспроизводимого образования стабильного внутреннего слоя необходимы специальные кремниевые подложки с высокими заданными в узком интервале содержанием кислорода (8-10).10¹⁷ см^-3) при однородном распределении по подложке (в пределах 10-). В противном случае дефектная геттерирующая зона либо не образуется, либо ее эффективность недостаточна для процесса геттерирования. Таким требованиям, как правило, отвечает только часть подложек, используемых в производстве ФПЗС и МДП-схем.The disadvantage of this method is the low reproducibility, due to the fact that for the reproducible formation of a stable inner layer, special silicon substrates with high oxygen contents specified in a narrow interval (8-10) .10 ¹⁷ cm ^-3 are required with a uniform distribution over the substrate (within 10- ) Otherwise, a defective gettering zone either does not form, or its efficiency is insufficient for the gettering process. As a rule, only part of the substrates used in the manufacture of FPSS and MIS circuits meet these requirements.

Кроме того, нет методов, пригодных для контроля однородности распределения кислорода в условиях производства. In addition, there are no methods suitable for controlling the uniformity of the distribution of oxygen in a production environment.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления фоточувствительного прибора с зарядовой связью, включающий формирование на кремниевой подложке маскирующего слоя, предварительную термообработку и формирование элементов прибора. Результатом такой термообработки является формирование в подложке приповерхностного бездефектного слоя (зона денудации) и высокой концентрации дефектов в объеме подложки, который является геттерирующим при проведении последующих термических операций, на которых формируются элементы ФПЗС. Температура проведения термических операций лежит в интервале 600-1000^оС, основной термический процесс окисления проводится при Т 900^оС, общая длительность процессов окисления составляет 10-16 ч.The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of manufacturing a charge sensitive photosensitive device, including the formation of a masking layer on a silicon substrate, preliminary heat treatment and the formation of the elements of the device. The result of this heat treatment is the formation of a near-surface defect-free layer in the substrate (denudation zone) and a high concentration of defects in the volume of the substrate, which is gettering during subsequent thermal operations on which the FPS elements are formed. The temperature of thermal operations lies in the range of 600-1000 ^о С, the main thermal oxidation process is carried out at Т 900 ^о С, the total duration of the oxidation processes is 10-16 hours.

В основу технологии, рассмотренной в прототипе, так же как и в аналоге, положена идея предварительного формирования сначала маскирующего слоя, затем в подложках мощного слоя внутреннего геттера, который поглощает точечные дефекты, проникающие с поверхности или формирующиеся в самом приповерхностном их слое. Для обеспечения высокой эффективности внутреннего геттера дефекты в нем должны быть крупными, чтобы не происходил их распад при проведении последующих термических операций при формировании элементов схем, и концентрация высокой для обеспечения эффективного геттерирования. После проведения предварительной термообработки проводится формирование элементов микросхемы в интервале температур 600-1000^оС.The technology considered in the prototype, as well as in the analogue, is based on the idea of preliminary formation of a masking layer first, then in the substrates of a powerful layer of the internal getter, which absorbs point defects penetrating from the surface or forming in their very surface layer. To ensure high efficiency of the internal getter, the defects in it should be large so that they do not decompose during subsequent thermal operations during the formation of circuit elements, and the concentration is high to ensure effective gettering. After preliminary heat treatment is carried out, the formation of microcircuit elements in the temperature range 600-1000 ^о С.

Недостатком этого способа, изложенного в прототипе, является низкая воспроизводимость, что в случае ФПЗС приводит к существенному ухудшению качества видеофона. Невоспроизводимость связана, во-первых с тем, что как правило не выдерживаются высокие требования к исходным подложкам по концентрации и однородному содержанию кислорода. Кроме того, подложки как правило содержат высокое и неконтролируемое количество углерода, который сильно влияет на кинетику процессов преципитации, предыстория подложек известна, например что касается наличия или отсутствия термодоноров, неизвестно состояние растовых дефектов, например степень примесной неоднородности. The disadvantage of this method described in the prototype is the low reproducibility, which in the case of FPSS leads to a significant deterioration in the quality of the videophone. The irreproducibility is due, firstly, to the fact that, as a rule, high requirements for the initial substrates in terms of concentration and uniform oxygen content are not maintained. In addition, substrates usually contain a high and uncontrolled amount of carbon, which greatly affects the kinetics of precipitation processes, the background of the substrates is known, for example, with respect to the presence or absence of thermal donors, the state of rast defects, for example, the degree of impurity heterogeneity, is unknown.

Целью изобретения является улучшение качества видеофона ФПЗС. The aim of the invention is to improve the quality of the videophone FPSS.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления ФПЗС после формирования маскирующего слоя проводится термообработка кремниевых подложек в одну стадию при Т 1150-1250^оС в течение 4-8 ч. После термообработки проводят управляемое охлаждение подложек, сначала со скоростью не выше 2^оС/мин при охлаждении до 900-950^оС, затем скорость охлаждения увеличивают до 5-6 мин при охлаждении до 500-600^оС. Затем формируют элементы прибора и проводят финишную термообработку при температуре 1050-1150^оС в течение 10-30 мин, после термообработки подложку со сформированными элементами охлаждают со скоростью не выше 5-6^оС/мин до 850-900^оС и со скоростью не выше 2^оС/мин до 500-600^оС.The goal is achieved by the fact that in the known method of manufacturing PDCC after forming said masking layer a heat treatment of silicon wafers in a single stage at T 1150-1250 ^{° C} for 4-8 hours. After the heat treatment is carried out controlled cooling of the substrate, first at a rate not exceeding ^about 2 C / min when cooling to 900-950 ^о С, then the cooling rate is increased to 5-6 min when cooling to 500-600 ^о С. Then the elements of the device are formed and heat treatment is carried out at a temperature of 1050-1150 ^о С for 10-30 min after heat treatment spoon with formed elements is cooled at a rate not higher than 5-6 ^{° C} / min to 850-900 ^{° C} and at a rate not exceeding 2 ° ^C / min to 500-600 ° ^C.

Пример. Изготовление матрицы ФПЗС со скрытым каналом 580х520 элементов с трехуровневой системой поликремниевых электродов включает следующие этапы. Example. The fabrication of the FPGA matrix with a hidden channel of 580x520 cells with a three-level system of polysilicon electrodes includes the following steps.

Создание маскирующего окисла Т 900^оС, .The creation of masking oxide T 900 ^about With,.

Проведение высокотемпературного отжига Т 1150^оС, t 6 ч, атмосфера - азот) с программируемым охлаждением (V_охл < 2^оС/мин, t 2,5 ч и V_охл 5-6^оС/мин, t 1 ч).Conducting high temperature annealing T 1150 ^o C, t 6 h, the atmosphere - nitrogen) with programmed cooling (V _OHL <2 ° ^C / min, t hours and 2.5 V _OHL 5-6 ° ^C / min, t 1 h).

Создание маскирующего окисла для формирования контакта к подложке Т 1000^оС, t 2 ч, .The creation of a masking oxide to form a contact to the substrate T 1000 ^about C, t 2 h,.

Формирование контакта к подложке. Диффузия бора: Т 550^оС, t 45 мин.Formation of contact to the substrate. Boron diffusion: T 550 ^о С, t 45 min.

Удаление маскирующего окисла и выращивание буферного окисла для формирования ионным легированием бора и фосфора областей скрытого канала и стопорных областей Т 900^оС, t 20 мин, .Removing masking oxide and growing buffer oxide to form areas of the latent channel and stop regions T 900 ^о С, t 20 min, by ion doping of boron and phosphorus.

Формирование областей скрытого канала и стопорных областей и их последующий отжиг Т 900^оС, t 1,5 ч и Т 700^оС, t 1 ч.The formation of the areas of the hidden channel and stop areas and their subsequent annealing T 900 ^about C, t 1.5 h and T 700 ^about C, t 1 h

Удаление буферного окисла и создание двухслойного подзатворного диэлектрика Т 1000^оС, t 1 ч и Т 870^оС, t 1 ч.Removal of buffer oxide and the creation of a two-layer gate dielectric T 1000 ^о С, t 1 h and Т 870 ^о С, t 1 h.

Формирование областей стоков-истоков Т 900^оС, t 1 ч.The formation of the source-drain areas T 900 ^о С, t 1 h.

Формирование трехуровневой системы поликремниевых электродов Т 900^оС, t 4,5 ч; Т 620^оС, t 6 ч; Т 700^оС, t 2 ч; Т 950^оС, t 1 ч.The formation of a three-level system of polysilicon electrodes T 900 ^about C, t 4.5 hours; T 620 ^about C, t 6 h; T 700 ^about C, t 2 h; Т 950 ^о С, t 1 h.

Формирование второго ионнолегированного стопора и подлегирование транзисторов ионным легированием бора и фосфора и их последующий отжиг Т 900^оС, t 1,5 ч; Т 700^оС, t 0,5 ч.The formation of the second ion-doped stopper and the matching of transistors with ion doping of boron and phosphorus and their subsequent annealing T 900 ^о С, t 1.5 h; T 700 ^about C, t 0.5 hours

Создание маскирующего окисла Т 900^оС, t 1 ч.The creation of masking oxide T 900 ^about C, t 1 h

Финишный высокотемпературный отжиг в атмосфере азота (Т 1150^оС, t 10 мин) с последующим программируемым охлаждением (V_охл <5-6 мин, t 1 ч и V_охл < 2^оС/мин, t 3 ч).Finishing high-temperature annealing in a nitrogen atmosphere (T 1150 ^o C, t 10 min), followed by programmed cooling _(OHL V <5-6 min, t 1 hour and _OHL V <2 ° ^C / min, t 3 h).

Создание алюминиевой разводки. Creating aluminum wiring.

Финишный низкотемпературный отжиг готовых приборов в атмосфере водорода Т 400^оС, t 1 ч.Finishing low-temperature annealing of finished devices in a hydrogen atmosphere T 400 ^о С, t 1 h

Геттерные способности слоя по изобретению могут быть ниже, однако в данном случае более важным оказывается наличие зоны денудации и последняя высокотемпературная термообработка в совокупности с низкотемпературной технологией изготовления элементов ФПЗС, а также тот факт, что количество дефектов в дефектной зоне все время возрастает в процессе прохождения подложек через технологический цикл. The getter abilities of the layer according to the invention may be lower, however, in this case, the presence of a denudation zone and the last high-temperature heat treatment in conjunction with the low-temperature technology for the fabrication of FPS elements, as well as the fact that the number of defects in the defective zone constantly increases during the passage of substrates, is more important. through the technological cycle.

Использование предлагаемого способа изготовления ФПЗС по сравнению с прототипом обеспечивает повышение процента выхода годных за счет снижения количества белых точечных видеодефектов в десятки раз. Using the proposed method for the manufacture of FPSS in comparison with the prototype provides an increase in the percentage of yield by reducing the number of white point video defects by tens of times.

Claims

METHOD FOR PRODUCING A PHOTOSENSITIVE DEVICE WITH CHARGING COMMUNICATION, including forming a masking layer on a silicon substrate, preliminary heat treatment and forming device elements, characterized in that, in order to improve the quality of the videophone, preliminary heat treatment is carried out at 1150 - 1250 ^o C for 4 - 8 hours, after heat treatment the substrate is cooled at a rate V _OHL ≅ 2 ^o C / min to 900 - 950 ^o C and a V _OHL ≅ 5 - 6 ^o C / min to 500 - 600 ^o C, and after formation of the device elements is carried out the finish heat treatment at 1050 - 1150 ^o C for 10 - 30 min, after heat treatment of the substrate with the formed elements is cooled at a rate V _OHL ≅ 5 - 6 ^o C / min to 850 - 900 ^o C and _OHL ≅ V 2 ^o C / min to 500 - 600 ^o C.