Спосіб отримання кремнієвого мдн-транзистора

Винахід відноситься до галузі матеріалознавства і може бути використаний в радіоелектронному, напівпровідниковому та оптоелектронному приладобудуванні. Польові транзистори або МДН-транзистори мають широке застосування в сучасних приладах радіоелектронної та комп'ютерної техніки, (МДН - метал-діелектрик-напівпровідник). Швидкодіючі кремнієві польові транзистори використовуються для роботи в ключових та імпульсних пристроях, регуляторах, стабілізаторах, перетворювачах напруги, синхронних випрямлячах, підсилювачах сигналу, генераторах коливань та інших електронних пристроях. Ці прилади виготовляють по планарно-епітаксіальній технології з утворенням горизонтальної чи вертикальної МДН-структури. В останні роки в комп'ютерній техніці широко застосовують оперативну пам'ять SRAM (статичний запам'я товуючий пристрій з довільним порядком вибірки) та DRAM (динамічний запам'ятовуючий пристрій з довільним порядком вибірки). Структурними елементами цієї пам'яті є мініатюрні кремнієві МДНтранзистори. Основною задачею сучасного виробництва кремнієвих МДН-транзисторів є їх мініатюризація і покращення електричних параметрів. Відомі патент США №6392467, МПК Н03К017/687, 2002p., патент США №6376315, МПК H01L021/336, 2002р, патент США №6380011, МПК H01L021/00, 2002p., патент США №6376888, МПК H01L029/76, 2002p., де описують сучасні способи отримання польових транзисторів з використанням легованих кремнієвих пластин, алюмінієвих електродів та процесів дифузії та епітаксії. Відомий патент США №6383860, МПК H01L021/824.2, 2002p., де описують спосіб отримання напівпровідникового пристрою, в якому перший шар дифузійної домішки формує одну з областей витік/стік і лінію даних. Перший напівпровідниковий шар, канальний напівпровідниковий шар і другий напівпровідниковий шар, які формують другу область витік/стік і вузол запам'ятовування, розміщені на першому домішковому шарі. Ізолююча ємнісна плівка розміщена на другому провідному шарі. Комірка пам'яті розміщена на вузлі запам'ятовування з ємнісною ізолюючою плівкою між ними. Таким способом зменшують ємність лінії даних, що приводить до великої швидкості роботи пристроїв пам'яті DRAM. Відомий патент США №6392277, МПК H01L027/01, 2002р, де описаний напівпровідниковий пристрій, що має властивості польового транзистора. Пристрій сформований на напівпровідниковому шарі з утворенням областей з протилежним типом провідності, ізолюючим шаром і використанням накладного електрода, який електрично зв'язаний зі сформованим каналом і оберненим затвором, що розміщений під ізолюючим шаром і навпроти сформованого каналу. Потенціал для управління носіями протилежного типу провідності прикладений до двох електродів, до накладного електрода і оберненого затвора. Внаслідок цього збільшується напруга, яку ви тримує польовий транзистор і також стабілізується порогова напруга. Відомий патент США №6380036, МПК H01L021/336, 2002p., де описаний спосіб отримання кремнієвих МДН-транзисторів, що включає легування бором кремнієвої підкладки р-типу провідності для формування пари областей n-провідності на поверхні кремнієвої підкладки, формування затворного електрода з підзатворним діелектриком. Затвор формується в області між парою областей витік/стік з ізолюючим шаром між ними. На поверхні кремнію формується область імплантації азоту з максимальною його концентрацією. Глибина імплантації азоту від поверхні кремнієвої підкладки не перевищує 500А. Стверджується, що таку транзисторну стр уктур у можна легко мініатюризувати. Описаний спосіб може бути прототипом способу, що заявляється, а його недоліком є відсутність можливості змінювати в процесі виробництва такі параметри МДН-транзистора, як порогову напругу, крутість вольтамперної характеристики, вихідний опір. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб отримання кремнієвих МДН-транзисторів шляхом введення в технологічний процес додаткової обробки отриманих транзисторних стр уктур, що дозволить покращити їх електричні параметри. Поставлена задача вирішується так, що у відомому способі отримання кремнієвого МДН - транзистора, що включає формування пари n+ областей провідності на поверхні кремнієвої підкладки р-типу шляхом дифузії бору і формування електродів стоку і витоку, формування підзатворного діелектрика на основі SiO2 і формування затворного електрода, проведення процесів пасивації, отриману транзисторну структур у з довжиною каналу 2-10мкм і шириною 50мкм опромінюють a-частинками з енергією 4-5Мев і густиною потоку 5*107с-1см -2 на протязі 1-40 хвилин. Суттєвість відмінних ознак підтверджується тим, що авторам невідомі способи отримання МДНтранзисторів, які використовують ці ознаки для розв'язування існуючої задачі. У пропонованому технічному рішенні автори виходили з того, що опромінення транзисторної структури a-частинками приводить до генерації радіаційних дефектів в підзатворному діелектрику, каскадному процесу генерації зарядів в ньому і їх перерозподілу. При a-опроміненні МДН-транзисторів протягом 60хв, також помітно зменшується густина поверхневих станів в матеріалі. На основі аналізу кривих підпорогових струмів встановлено, що основний вклад у радіаційно-індуковані зміни Uth вносить додатний заряд у підзатворному діелектрику SiO2. Зростання цього заряду пояснюється з позицій росту концентрації центрів Si3+ з участю іонів водню і може бути описане рівняннями: Si-O-Si+H+->Si-OH-Si 3+ Утворені комплекси SiOH внаслідок опромінення розпадаються з захопленням дірки h + на зв'язок з Si3+ Si-OH+h+->Si3++OH На Фіг.1 зображено принципову схему будови кремнієвого МДН-транзистора. На Фіг.2 зображено: a) залежність порогової напруги МДН-транзистора від тривалості a-опромінення, 1 - до опромінення, 2 1хв, 3 - 5 хв, 4 - 20 хв. b) залежність порогової напруги МДН-транзистора від тривалості a-опромінення для різних довжин канала L, 1 - 4мкм, 2 - 5мкм, 3 - 10мкм. На Фіг.3 зображено: a) залежність крутості вольтамперної характеристики МДН-транзистора від тривалості a-опромінення, 1 - до опромінення, 2 - 1хв, 3 - 5 хв, 4 - 20хв, 5 - 60хв. b) залежність крутості вольтамперної характеристики МДН-транзистора від тривалості a-опромінення для різних довжин канала L, 1 - 4мкм, 2 - 5мкм, 3 - 10мкм. На Фіг.4 зображено: a) залежність вихідного опору МДН-транзистора від тривалості a-опромінення, 1 - до опромінення, 2 1хв, 3 - 5 хв, 4 - 20 хв, 5 - 60хв. b) залежність вихідного опору МДН-транзистора від тривалості а-опромінення для різних довжин канала L, 1 - 4мкм, 2 - 5мкм, 3 -10мкм. На Фіг.5 зображено: a) залежність підпорогової вольтамперної характеристики для МДН-транзистора з довжиною каналу L=10мкм для різних тривалостей a-опромінення, 1 - до опромінення, 2 - 1хв, 3 - 5 хв, 4 - 20 хв, 5 - 60хв. b) результуючий зсув порогової напруги DUth c) залежність поверхневої густини станів від часу a-опромінення. В таблиці наведено результати впливу a-опромінення на параметри МДН-транзистора з довжиною каналу L=4мкм і шириною 50мкм після 20 хвилинного опромінення. Техніко-економічна ефективність пропонованого способу у порівнянні з прототипом полягає у значному покращенні електричних параметрів МДН-транзисторів та їх експлуатаційних характеристик: зменшенні величини порогової напруги, зменшенні вихідного опору та зростанні крутості вольтамперної характеристики. Докази цього полягають у наступному: - опромінення кремнієвих МДН-транзисторів a-частинками приводить до зменшення їх порогової напруги, що підвищує чутли вість транзисторів до сигналів з малою амплітудою; - опромінення кремнієвих МДН-транзисторів a-частинками приводите до зменшення їх ви хідного опору, що підвищує ви хідну потужність, яку може передати транзистор в наступний каскад; - опромінення кремнієвих МДН-транзисторів a-частинками приводить до зростання крутості їх вольтамперних характеристик, що підвищує підсилювальні властивості МДН-транзисторів. Приклад 1. n-канальні тестові МДН-транзистори з полісиліконовим затвором виготовляють по заводській технології на кремнієвій основі з довжиною каналу L=(2-10)мкм і шириною 50мкм. Вихідним матеріалом для виготовлення транзисторів служать леговані бором підкладки кремнію з орієнтацією (111) і величиною питомого опору 20Ом*см. Джерелом a-частинок є ізотоп плутонію Рu238 з енергією (4-5)Мев і густиною потоку 5*107с1см -2. Опромінення кремнієвих транзисторних МДН-структур триває на протязі 4 хвилин. Для МДН-транзисторів з довжиною каналу 2мкм і шириною 50мкм після опромінення порогова напруга Uth зменшується з 0,8В до 0,5В. Зміна порогової напруги становить 38%. Для МДН-транзисторів з довжиною каналу 4мкм після опромінення порогова напруга Uth зменшується з 0,95В до 0,8В. Зміна порогової напруги становить 16%. Для МДН-транзисторів з довжиною каналу 10мкм після опромінення порогова напруга U th зменшується з 1,2В до 1,05В. Зміна порогової напруги становить 13%. Для часової стабілізації значень електричних параметрів, які пов'язані з радіаційними дефектами, МДНтранзистори короткочасно опромінюють ультрафіолетовим світлом. Приклад 2. Аналогічно до прикладу 1 a-опромінення МДН-транзисторів з довжиною каналу (2-10)мкм і шириною 50мкм триває на протязі 20 хвилин. Зменшення порогової напруги Uth становить (67-74)%. Приклад 3. Аналогічно до прикладу 1 a-опромінення МДН-транзисторів з довжиною каналу (2-10)мкм і шириною 50мкм триває на протязі 40 хвилин. Зростання крутості вольтамперної характеристики становить (22-46)%. Зменшення вихідного опору кремнієвих МДН-транзисторів становить (30-77)%. Як видно з наведених прикладів, опромінення кремнієвих МДН-транзисторів з довжиною каналу (210)мкм і шириною 50мкм a-частинками з енергією (4-5)Мев на протязі (4-40)хв приводить до зниження порогової напруги транзисторів, до зменшення їх ви хідного опору і до зростання крутості вольтамперної характеристики транзисторів. Пропонований спосіб можна застосовувати не тільки в лабораторних, а також в промислових масштабах при виробництві кремнієвих МДН- транзисторів. Таблиця № п/п 1. 2. 3. Параметр кремнієвого МДН-транзистора Початкове значення Після 20-хв опромінення Зміна, % Порогова напруга, В 0,95 0,25 74 Крутість в/а характер-ки, 10-4а/в 1,9 2,2 16 Вихідний опір, кОм 23 14 39