Спосіб внутрішнього геттерування в кремнійових пластинах

ДЛЯ СЛУЖІ БНОГО ИОЛьлОВАПИЯ 3KJ N» СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК n to і Ш) (5D4 н О* Ь 21/322 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГННТ СССР 1 (21) 4304689/31-25 (22) 14.09.87 (71) Институт полупроводников АН УССР (72) В.Г.Литовченко, Б.Н,Ромашок, И'.В.Рудской, В.Г.Попов, А.В.Кудина, Л.Н.Москаль, В.И.Думбров и Г.К.Жолудев (53) 621.382 (088.8) (56) Solid - State technology, 1984, т.27, К 8, с. 113-116. " Патент США № 4314595, кл. Н 01 L 21/322, 1982. (54) СПОСОБ ВНУТРЕННЕГО ГЕТТЕРИРОВАНИЯ В КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИНАХ (57) Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных схем на основе кремния. Изобретение позволяет очистить приповерхностную область кремниевых плас . тин от быстродифсЬундирующих примесей, точечных дефектов, их комплексов и закрепить их на геттерирующих центрах внутри объема пластин, которыми являются преципитаты SiO^. Это достигается путем проведения двухстадийного отжига кремниевых пластин при температуре Т, = 600-800°С в поле градиента механических напряжений величиной 1 -10 — 2'10 Н/м 2 , а затем после снятия напряжения - при температуре Уг = 1050-1150°С. Во время низкотемпературного отжтзга происходит диффузия растворенного в кремниевых пластинах кислорода из приповерхностной области внутрь пластин под действием градиента механических напряжений и зарождение геттерирующих центров., При высокотемпературном отжиге происходит рост геттерирующих центров и процесса геттерирования, 1 табл. Изобретение относится к электронной технике," в частности к производству полупроводниковых приборов и интегральных схем на основе кремния. Целью изобретения является повышение эффективности геттерирования в кремниевых пластинах. Сущность изобретения заключается в том, что на стадии низкотемпературного (600-800 С) геттерирующего отжига на кремниевые пластины воздействуют полем механических напряжений величиной I>10 - 2-10 Н/м и с направлением градиента» обеспечивающим сжатие ее рабочей поверхности. Затем снимают поле механических на пряжений и проводят высокотемпературный (1050-П50°С) геттерирующий отжиг в течение 5-24 ч. При этом на стадии низкотемпературного отжига под действием градиента механических напряжений обеспечивается дрейфовый поток кислорода в направлении нерабочей стороны кремниевых пластин, что обеспечивает эффективную очистку приповерхностной области рабочей стороны пластин от кислорода, Толщиной очищенной области можно управлять путем изменения величины механических напряжений. Для увеличения размеров преципитатов кислорода во внутренних областях 28-89 С ІЛВННЗ SO 00 3 1498317 кремниевых пластин проводят высокотемпературный отжиг. Перед этим поле механических напряжений снимают для исключения пластических процессов в г кремниевых пластинах. Поле механических напряжений создают одним из способов: термическим окислением нерабочей стороны кремниевых пластин до толщины 0,2-0,8 мкм; формироваJQ иием механически нарушенного слоя на нерабочей стороне пластин глубиной 5-25 мкм, нанесением пленок металлов, созданием слоя кремния с определенной структурной модификацией и т.д. 15 Длительность отжига при температуре Т, ограничена интервалом 3-8 ч, так как экспериментально установлено, что выход за пределы указанного интервала приводит к уменьшению диффузион20 ной длины неосновных носителей, которая характеризует степень очистки приповерхностной области пластины. При механических напряжениях ниже 1*10 Н/м 2 перераспределение кис- 25 лорода по толщине пластин не происходит , а при напряжениях выше 2-Ю Н/м происходит преципитация кислорода по всей толщине пластин во время низкотемпературного отжига, 30 И в том и в другом случае уменьшается толщина очищенной зоны в приповерхностной области кремниевых пластин. Для высокотемпературного геттери- 35 рующего отжига минимальное время, необходимое для геттерирования (5 ч) выбирается из условия достижения максимального размера преципитатов S i O 4 l а максимальное (24 ч) опреде40 ляется тем, что при дальнейшем увеличении длительности будет происходить растворение преципитатов SiO 2 . П р и м е р. Из партии кремниевых пластин типа КДБ-10, диаметром 76мм, 45 толщиной 400 мкм, с ориентацией (100], вырезанных из слитков, выращенных методом Чохральского, выбраны пластины с прогибом, не превышающим І 5 мкм, 50 После этого пластины пронумерованы и разбиты на 4 партии по 3 пластины в каждой. Концентрация кислорода в интервале (4,1-8,2)'10 ат/см . Образцы из партий 1,3 контрольные „ и проходят обработку по способу-прототипу, ^ 2 и 4 - технологический маршрут по изобретению. Вначале все пластины окисляются при температуре 1250°С до толщины 100 нм (партии 1, 2) и 350 нм (3, 4 ) , На контрольных образцах окисел стравливается с обеих сторон, на образцах партий 2, 4 - только с рабочей стороны. Затем все образцы проходят низкотемпературную термообработку при температуре 700°С в течение 3 ч, а после удаления окисла с нерабочей стороны на образцах партий 2, 4 высокотемпературную при температуре 1050°С в течение 4 ч. После этого делают сколы и травление в селективном травителе Секко. С помощью оптического микроскопа определяют плотность преципитатов Si0« в геттерной области Ne'rt и размеры очищенной зоны d 0 (см, таблицу). Для определения рекомбинационных характеристик исследуемых пластин, на рабочей стороне в конце технологического цикла измеряют диффузионную длину неосновных носителей методом спектральных зависимостей поверхностной фотоЭДС. Из таблицы видно, что реализация ' изобретения позволяет существенно увеличить концентрацию геттерирующих центров и размеры очищаемой зоны, а также управлять размерами зоны путем изменения величины механических напряжений на тестовых структурах, изготовленных по изобретению, диффузионная длина носителей заряда в очищенной зоне увеличивается в 5-6 раз по сравнению со структурами, изготовленными по способу-прототипуі, и в 20-25 раз по сравнению со структурами без геттерирования. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ внутреннего геттерирования в кремниевых пластинах с содержанием кислорода 4'104_ -_1 *10 ° см" , включающий проведение •• двухстадийного отжига при температурах Т„ = = 60О-800°С и Хг = 1050-1150°С в нейтральной среде, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса геттерирования, отжиг при температуре Т 4 проводят в течение 3-8 ч в поле градиента механических напряжений, обеспечивающих сжатие рабочей и растяжение нерабочей стороны пластин, величиной 1 - Ю 6 - 2 - Ю 7 Н/м 2 , а затем снимают напряжение и проводят отжиг при температуре Т 4 в течение 5-24 ч. 1498317 Прогиб, | L ( мкм і J s,o b ,i " о * Партии мкм 100 350 40 120 І с м ' М мкм 13 50 15 57 25 10 50 Редактор Л.Народная Составитель Л.Хитрова Техред Л„Сердюкова Коррек тор Н.Король Заказ 1430/ДСП Тираж 418 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ироиэводственно-'издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101