RU2785122C1

RU2785122C1 - Method for manufacturing a radiation-resistant semiconductor instrument

Info

Publication number: RU2785122C1
Application number: RU2021132809A
Authority: RU
Inventors: Арслан Гасанович Мустафаев; Гасан Абакарович Мустафаев; Наталья Васильевна Черкесова; Асламбек Идрисович Хасанов; Абдулла Гасанович Мустафаев; Зайндин Абдулганиевич Даудов
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2022-12-05

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of technology for manufacturing semiconductor instruments. Method is as follows: after creating a thin gate oxide according to the standard technology, a layer of silicon nitride Si₃N₄ with a thickness of 40 to 80 nm is formed on silicon wafers, on top thereof over the channel region, with a SiH₄-N₂ gas mixture flow rate in the reactor of 35 to 40 cm³/min, gas mixture pressure of 0.4 mmHg, HF power of 100 W, silane concentration in the mixture of 1 mol.%, substrate temperature of 400 °C, and silicon nitride Si₃N₄ deposition rate of 0.3 nm/s.

EFFECT: silicon nitride layer being applied over the oxide layer improves the operating characteristics of semiconductor instruments, because the built-in charge is decreased during irradiation in two-layer SiO₂-Si₃N₄ systems due to the positive charge in silicon dioxide being compensated with the negative charge accumulated in the silicon nitride, and radiation resistance increases.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления транзистора с низким значением плотности встроенного заряда и повышенной радиационной стойкостью.The invention relates to the field of technology for the production of semiconductor devices, in particular to the technology of manufacturing a transistor with a low built-in charge density and increased radiation resistance.

Известен способ изготовления полупроводникового прибора [Патент 5093700 США, МКИ H01L 27/01] с многослойным затвором из поликремния, в которых слои поликремния разделяются слоями кремния толщиной 0,1-0,5 нм; используются 3 слоя поликремния и 2 слоя оксида кремния. Осаждения поликремния осуществляется с использованием силана при давлении 53 Па и температуре 650°С. Слой оксида формируется при 1% кислорода и 99% аргона при температуре 800°С. Использование многослойных структур при изготовлении затвора прибора повышает дефектность структуры и ухудшают электрические параметры изделий.A known method of manufacturing a semiconductor device [US Patent 5093700, MKI H01L 27/01] with a multilayer gate made of polysilicon, in which the layers of polysilicon are separated by layers of silicon with a thickness of 0.1-0.5 nm; 3 layers of polysilicon and 2 layers of silicon oxide are used. The deposition of polysilicon is carried out using silane at a pressure of 53 Pa and a temperature of 650°C. The oxide layer is formed at 1% oxygen and 99% argon at a temperature of 800°C. The use of multilayer structures in the manufacture of the device shutter increases the defectiveness of the structure and worsens the electrical parameters of the products.

Известен способ изготовления радиационно-стойкого полупроводникового прибора [Заявка 2667442 Франция, МКИ H01L 23/552]. На поверхности сильно легированной полупроводниковой подложки р+ или n+ - типа проводимости наращивается слаболегированный активный слой толщиной 150 нм, который затем имплантируется ионами кислорода с целью формирования скрытого изолирующего слоя диоксида кремния толщиной 350 нм. Таким образом активный слой располагается на поверхности изолирующего слоя. Использование сильно легированной полупроводниковой подложки обеспечивает сток генерируемых облучением зарядов, а также быстрой рекомбинации.A known method of manufacturing a radiation-resistant semiconductor device [Application 2667442 France, MKI H01L 23/552]. On the surface of a heavily doped p+ or n+ semiconductor substrate, a lightly doped active layer 150 nm thick is grown, which is then implanted with oxygen ions to form a latent insulating layer of silicon dioxide 350 nm thick. Thus, the active layer is located on the surface of the insulating layer. The use of a heavily doped semiconductor substrate provides a sink for charges generated by irradiation, as well as fast recombination.

Недостатками способа являются: высокие значения встроенного заряда; высокая дефектность; низкая технологичность.The disadvantages of this method are: high values of the built-in charge; high defectiveness; low technology.

Задача, решаемая изобретением: снижения значений плотности встроенного заряда и повышения радиационной стойкости, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличение процента выхода годных приборов.The problem solved by the invention: reducing the built-in charge density and increasing the radiation resistance, ensuring manufacturability, improving the parameters of devices, improving the quality and increasing the percentage of yield of suitable devices.

Задача решается путем нанесения слоя нитрида кремния Si₃N₄ толщиной 40-80 нм поверх слоя диоксида кремния при расходе газовой смеси SiH₄-N₂ 35-40 см³/мин в реакторе, давлении газовой смеси 0,4 мм рт.ст., ВЧ-мощности 100 Вт, концентрации силана в смеси 1 мол %, температуре подложки 400°С и скорости осаждения нитрида кремния Si₃N₄ 0,3 нм/с.The problem is solved by applying a layer of silicon nitride Si ₃ N ₄ with a thickness of 40-80 nm over a layer of silicon dioxide at a flow rate of the gas mixture SiH ₄ -N ₂ 35-40 cm ³ /min in the reactor, the pressure of the gas mixture is 0.4 mm Hg. , RF power 100 W, silane concentration in the mixture 1 mol %, substrate temperature 400°C, and silicon nitride Si ₃ N ₄ deposition rate 0.3 nm/s.

По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы приборы. Результаты обработки представлены в таблице:According to the proposed method, devices were manufactured and investigated. The processing results are presented in the table:

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых приборов на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 19,8%.Experimental studies have shown that the yield of suitable semiconductor devices on batches of wafers formed in the optimal mode increased by 19.8%.

Технический результат: снижения значений встроенного заряда и повышения радиационной стойкости, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличения процента выхода годных приборов.EFFECT: reducing the values of the built-in charge and increasing the radiation resistance, ensuring manufacturability, improving the parameters of devices, improving the quality and increasing the percentage of yield of suitable devices.

Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.The stability of the parameters over the entire operating temperature range was normal and met the requirements.

Предложенный способ изготовления радиационно-стойкого полупроводникового прибора путем нанесения поверх слоя диоксида кремния над канальной областью нитрида кремния Si₃N₄ толщиной 40-80 нм при расходе газовой смеси SiH₄-N₂ 35-40 см³/мин в реакторе, давлении газовой смеси 0,4 мм рт.ст., ВЧ-мощности 100 Вт, концентрации силана в смеси 1 мол %, температуре подложки 400°С и скорости осаждения нитрида кремния Si₃N₄ 0,3 нм/с, позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.The proposed method for manufacturing a radiation-resistant semiconductor device by applying over a layer of silicon dioxide over the channel region of silicon nitride Si ₃ N ₄ with a thickness of 40-80 nm at a flow rate of the gas mixture SiH ₄ -N ₂ 35-40 cm ³ /min in the reactor, the pressure of the gas mixture 0.4 mm Hg, RF power 100 W, silane concentration in the mixture 1 mol%, substrate temperature 400°C and silicon nitride Si ₃ N ₄ deposition rate 0.3 nm/s, allows to increase the percentage of device yield and improve their reliability.

Claims

A method for manufacturing a radiation-resistant semiconductor device, including the formation of a layer of silicon nitride, characterized in that a layer of silicon nitride Si ₃ N ₄ with a thickness of 40-80 nm is applied over the layer of silicon dioxide above the channel area at a flow rate of the gas mixture SiH ₄ -N ₂ 35-40 cm ³ /min in the reactor, gas mixture pressure 0.4 mm Hg, RF power 100 W, silane concentration in the mixture 1 mol.%, substrate temperature 400 ° C and the deposition rate of silicon nitride Si ₃ N ₄ 0, 3 nm/s.