Это HTML версия файла http://www.infomag.ru:8082/dbase/J080R/981020-006/pg005.pdf.
G o o g l e автоматически генерирует HTML версии документов в то время как мы исследуем интернет.
Используйте следующий адрес для ссылок и закладок на эту страницу: http://www.google.com/search?q=cache:1sntYQ6iFdYC:www.infomag.ru:8082/dbase/J080R/981020-006/pg005.pdf+%E8%EC%EF%EB%E0%ED%F2%E0%F6%E8%FF+%EB%E0%E4%E0+30&hl=ru


Google никак не связан с авторами этой страницы и не несёт ответственности за её содержимое.
Эти слова выделены: имплантация лада 30 

Исследование влияния ионной имплантации на дефектность пленок двуокиси кремния, пассивированных фосфорно-силикатным стеклом
Page 1
Физика и xимия обработки материалов
1998, №2, с.5-8
УДК 621.382
Исследование влияния ионной имплантации
на дефектность пленок двуокиси кремния,
пассивированных фосфорно-силикатным стеклом
© 1998
А.А.Столяров
Московский государственный технический университет им.Н.Э.Баумана, Калужский филиал
Поступила в редакцию 22 декабря 1997 г.
Рaссмотрено влияние ионной имплантации бора на дефектность диэлектрических слоев МДП-
структур. Показано, что под действием ионной имплантации в пленках двуокиси кремния,
пассивированных фосфорно-силикатным стеклом в отличие от пленок SiO
2
наблюдается
увеличение дефектности. Обнаруженные дефекты могут быть устранены термическим отжигом.
The effect of boron ion implantation on defects of MOS-structure dielectric layers is studied. It is shown
that at silicon dioxide passivated by phosphorus-silicate glass under ion implantation is observed in-
crease of defects than SiO
2
layers. This defects can be annihilated by thermal anneal.
Введение
Одним из важнейших этапов в производстве
МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) ин-
тегральных схем (ИС) является комплекс техноло-
гических операций, связанных с формированием
подзатворного диэлектрика, качество которого в
значительной степени определяет надежность МДП
ИС. На дефектность термической двуокиси кремния
существенное влияние оказывают не только качество
поверхности полупроводниковой подложки и
режимы окисления, но и проведение техноло-
гических операций, выполняемых после получения
пленки окисла — стабилизация окисла фосфорно-
силикатным стеклом (ФСС), ионная имплантация,
термический отжиг и металлизация. Поэтому
вызывают интерес исследования изменения де-
фектности диэлектрической пленки в процессе
формирования подзатворного диэлектрика. В [1]
рассматривалось влияние на дефектность изоляции
и зарядовой стабильности подзатворного диэлек-
трика режимов проведения термического отжига.
Широко исследовались и стабилизирующие свой-
ства слоя ФСС на термической двуокиси кремния
[2] и процессы зарядовой нестабильности в пленках
двуокиси кремния, в которые ионной имплантацией
вводились ионы фосфора или бора [3]. Вместе с тем,
влияние ионной имплантации на дефектность
диэлектрической пленки двуокиси кремния пассиви-
рованной фосфорно-силикатным стеклом изучено
недостаточно.
Настоящая работа посвящена исследованию
влияния ионной имплантации бора на изолирующие
свойства диэлектрических пленок двуокись крем-
ния-ФСС.
Материалы и методика эксперимента
Исследовались тестовые МДП-конденсаторы
площадью 1,5 мм
2
, изготовленные на пластинах
КЭФ-4,5 с кристаллографической ориентацией
<100>. Двуокись кремния толщиной 100 нм полу-
ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ НА МАТЕРИАЛЫ

Page 2
6
Физика и химия обработки материалов 1998, №2
А.А.Столяров Исследование влияния ионной имплантации...
чали термическим окислением кремния в атмосфере
кислорода при температуре 1000°C с добавлением
3%HCl. Пленку ФСС формировали диффузией
фосфора из газовой фазы путем пиролиза смеси
POCl
3
-O
2
при температуре 900°C. Алюминиевую
пленку толщиной 1,2 мкм напыляли магнетронным
методом, после чего, используя фотолитографию,
формировали Al электроды и удаляли окисел с
обратной стороны пластины. Толщина пленки ФСС
составляла 10 нм и определялась как разность
толщин диэлектрической пленки, измеренных
эллипсометричским методом до и после травления
в селективном травителе (31 мл азотной кислоты,
46 мл фтористоводородной кислоты, 923 мл
деионизованной воды).
Имплантация ионов бора проводилась на
установке ионного легирования “Лада-30”. Энергия
ионов составляла 40 кэВ, доза имплантации 0,05
мкКл/см
2
.
Дефектность подзатворного диэлектрика кон-
тролировались методом измерения напряжения
микропробоя [4] при линейно изменяющемся
напряжении и токе фиксирования 10
-8
А с помощью
измерителя ИМП-2М. На каждой исследованной
пластине проводилось измерение напряжения
микропробоя у 100 МДП-структур. В качестве
информативного параметра использовалась высота
главного пика гистограмм распределения МДП-
структур по напряжению микропробоя H [5]. Плот-
ность подвижного заряда, измеренного по методу
термополевой обработки (T=200°C, V=+20 В), не
превышала 2·10
-10
Кл/см
2
для всех исследуемых
образцов.
Экспериментальные результаты и обсуждение
Для исключения влияния на результаты изме-
нений дефектности подзатворного диэлектрика по
площади пластины и в партии пластин иссле-
довались изолирующие свойства диэлектрических
слоев МДП-структур на пластинах, изготовленных
в разных партиях и расположенных в центре и по
краям пластин.
Исследования изменения дефектности терми-
ческой двуокиси кремния в различных партиях
пластин показали, что от партии к партии наблю-
дается существенное изменение изолирующих
свойств диэлектрика. В частности, высота главного
пика гистограммы распределения для МДП-
структур, изготовленных в различных партиях, по
напряжению микропробоя варьировалась от 0,17 до
0,34 В
-1
, в то время как в одной партии значения
высоты главного пика гистограммы распределения
структур по напряжению микропробоя на отдель-
ных пластинах были близки между собой,
Н=0,02-
0,03 В
-1
. Следовательно, дефектность подзатворного
диэлектрика может изменяться в широких пределах
от партии к партии пластин, оставаясь близкой для
пластин, изготовленных в одной партии.
Оценка равномерности распределения дефект-
ности тонкопленочного диэлектрика по площади
пластины проводилась путем измерения напряжения
микропробоя структур, расположенных в центре
пластины и на краях. Установлено, что двуокись
кремния имеет одинаковую степень дефектности в
пределах одной пластины. Об этом свидетельствуют
малые значения разброса высот главных пиков
гистограмм в центре и по краям исследованных
пластин
Н=0,006-0,032 В
-1
.
Так как дефектность подзатворного диэлектрика
в различных партиях изменяется, то исследование
влияния ионной имплантации на дефектность
диэлектрических слоев МДП-структур проводилось
на пластинах, прошедших операцию окисления в
одной партии. Оценка дефектности осуществлялась
как на пластинах-“спутниках”, содержащих МДП-
структуры площадью 1,5 мм
2
, так и на рабочих
пластинах, подзатворный диэлектрик которых
формировался в окнах, вскрытых в толстом окисле.
Для контактирования на рабочих пластинах при-
менялся ртутный зонд площадью 1 мм
2
. На рис.1-3
приведены гистограммы распределения МДП-
структур по напряжению микропробоя на пластинах-
спутниках, прошедших операции окисления,
стабилизации ФСС и ионной имплантации бора.
Установлено, что операция стабилизации слоем
ФСС заметно улучшает качество диэлектрика МДП-
Рис.1. Гистограммы распределения МДП-структур по напря-
жению микропробоя на пластинах, прошедших: 1 —
окисление, стабилизацию ФСС, металлизацию; 2 —
окисление, металлизацию.

Page 3
7
Физика и химия обработки материалов 1998, №2
А.А.Столяров Исследование влияния ионной имплантации...
структур, в которых уменьшается количество
дефектов. Это следует из сравнения гистограмм
пластин, прошедших операции окисления и метал-
лизации, с гистограммами пластин после операций
окисления, стабилизации ФСС и металлизации.
Высота главного пика для пластин после стаби-
лизации ФСС почти в полтора раза больше,чем для
пластин, не прошедших операцию стабилизации
ФСС (рис.1). Полученные результаты совпадают с
данными работы [1], где также отмечалось снижение
дефектности диэлектрической пленки после стаби-
лизации ее ФСС.
Уменьшение дефектности после проведения
стабилизации ФСС может быть связано с уско-
ренным ростом пленки ФСС в областях дефектов, а
также с экранированием локальных неоднород-
ностей диэлектрика и границы раздела полупровод-
ник-диэлектрик отрицательным зарядом электронов,
захваченных в слое ФСС дефектных областей при
измерении напряжения микропробоя.
Следует отметить, что на дефектность ди-
электрической пленки существенное влияние
оказывают не только операции, непосредственно
связанные с формированием подзатворного диэлек-
трика, но и технологические операции, проводимые
после его получения. В частности, проведенные
исследования дефектности МДП-структур по-
казали, что операция удаления кремниевой крошки
при напылении алюминия с кремнием в качестве
верхнего электрода обуславливает снижение высоты
главного пика гистограммы распределения структур
по напряжению микропробоя с 0,4 до 0,15 В
-1
.
Ионная имплантация бора с точки зрения
дефектности не оказывает заметного влияния на
изолирующие свойства двуокиси кремния. К такому
заключению приводит сравнение гистограмм
распределения МДП-структур по напряжению
микропробоя пластин, прошедших технологические
операции окисления и металлизации, и пластин
после операций окисления, ионной имплантации и
металлизации (рис.2). Высоты главных пиков
гистограмм близки между собой,
Н=0-0,01 В
-1
, что
свидетельствует о близком уровне дефектности
тонкопленочного диэлектрика.
Ионная имплантация, проведенная после
стабилизации двуокиси кремния ФСС, увеличивает
дефектность диэлектрической пленки. Это выра-
жается в уменьшении высот главных пиков гисто-
грамм пластин, прошедших окисление, стабили-
зацию, ионную имплантацию и металлизацию
(рис.3). Высота главного пика гистограммы распре-
деления структур по напряжению микропробоя
после проведения ионной имплантации снижается
с 0,37 до 0,18 В
-1
. Это указывает на то, что наличие
пленки ФСС толщиной 10 нм на поверхности
двуокиси кремния оказывает существенное влияние
на взаимодействие ионов бора с диэлектриком.
Выяснение природы данного эффекта требует
проведения дополнительных исследований. Под
действием ионной имплантации не только увели-
чивается плотность дефектов изоляции, но и
появляются дефекты зарядовой стабильности [6]. В
частности, в МДП-структурах с диэлектрической
пленкой SiO
2
-ФСС, подвергнутой ионной имплан-
тации, наблюдался повышенный рост отрица-
тельного заряда в диэлектрике, сопровождающийся
снижением заряда, инжектированного в диэлектрик
до пробоя, в условиях высокополевой туннельной
Рис.2. Гистограммы распределения МДП-структур по напря-
жению микропробоя на пластинах, прошедших: 1 —
окисление, металлизацию; 2 — окисление, ионную
имплантацию бора, металлизацию.
Рис.3. Гистограммы распределения МДП-структур по напря-
жению микропробоя на пластинах, прошедших: 1 —
окисление, стабилизацию ФСС, металлизацию; 2 —
окисление, стабилизацию ФСС, ионную имплантацию
бора, металлизацию.

Page 4
8
Физика и химия обработки материалов 1998, №2
А.А.Столяров Исследование влияния ионной имплантации...
инжекции с 10
-2
до 5·10
-4
Кл/см
2
. Обнаруженные
дефекты пленки SiO
2
-ФСС, создаваемые ионной
имплантацией бора, отжигаются в результате
проведения термического отжига в среде азота при
температуре 1000°С. В [1] было показано, что
оптимизация режимов термического отжига (рас-
хода газа и времени выгрузки из печи) позволяет
снизить дефектность подзатворного диэлектрика до
уровня, близкого к дефектности термической
двуокиси кремния после окисления.
Результаты исследований дефектности ди-
электрических слоев после проведения окисления,
стабилизации ФСС и ионной имплантации бора, для
пластин-спутников и рабочих пластин приведены в
таблице. Изменение дефектности пленки ди-
электрика на рабочих пластинах имеет такой же
характер, как и на пластинах-спутниках. Ионная
имплантация, проводимая после стабилизации
двуокиси кремния ФСС, увеличивает дефектность
диэлектрической пленки.
Таблица
Н, В
-1
№ Технологические операции
пластины-
Рабочие
спутники пластины
1 Окисление
0,26
0,22
2 Окисление, стабилизация ФСС
0,36
0,28
3 Окисление, ионная имплантация.
0,25
0,21
4 Окисление, стабилизация ФСС,
ионная имплантация
0,18
0,11
Некоторое повышение общего уровня дефект-
ности, выражающееся в меньших значениях высоты
главных пиков гистограмм распределения структур
по напряжению микропробоя, может быть связано
с влиянием участков диэлектрической пленки,
расположенных по периметру областей подзатвор-
ного диэлектрика МДП-транзисторов на границе
тонкого и толстого окислов. Сравнение экспери-
ментальных данных, приведенных в таблице для
пластин-спутников и рабочих пластин, показывает,
что от 15 до 30% дефектов диэлектрической пленки
на рабочих пластинах может быть связано с
краевыми участками, расположенными по пери-
метру подзатворных областей. На рабочих пластинах
под действием ионной имплантации происходит
большее увеличение дефектности по сравнению с
пластинами-спутниками (таблица). Снижение вы-
соты главного пика на пластинах-спутниках соста-
вило 0,07 В
-1
, а на рабочих пластинах — 0,1 В
-1
. Это
может указывать на повышенную чувствительность
к дефектообразованию в условиях ионной имплан-
тации краевых участков подзатворных областей,
расположенных у границы “толстый окисел-
подзатворный диэлектрик”.
Выводы
Установлено, что под действием ионной им-
плантации бора в пленках SiO
2
-ФСС, в отличие от
пленок двуокиси кремния, наблюдается повышение
дефектности. Дефектность диэлектрических слоев
на рабочих пластинах превышает дефектность
подзатворного окисла. От 15 до 30% дефектов может
быть связано с краевыми участками подзатворного
диэлектрика.
Литература
1. Андреев В.В, Барышев В.Г., Парфенов О.Д., Сидоров
Ю.А., Столяров А.А. Коррекция режимов термичес-
кого отжига систем диэлектрик-полупроводник на базе
информативных показателей качества диэлектричес-
ких слоев. Электронная техника, cер.6, Материалы,
1992, вып.2, с.66-68.
2. Валиев К.А., Дягилев В.Н., Лебедев В.И., Лубашевс-
кий А.В. Микромощные интегральные схемы. М.: Сов.
радио, 1975, 256 с.
3. Offenberg M, Meger R, Balk P. Nature of deforts in P-
and-B-doped SiO
2
. J.Vac.Sci.Technol., 1986, v.4, No.3,
p.1009-1012.
4. Барышев В.Г., Столяров А.А. Исследование дефект-
ности тонкопленочного диэлектрика методом микро-
пробоя. Электронная техника,. сер.6, Материалы,
1983, вып.9, с.72-74.
5. Барышев В.Г., Парфенов О.Д., Сидоров Ю.А., Столя-
ров А.А. Моделирование выхода годных микросхем
по дефектности подзатворного диэлектрика. Техноло-
гия и конструирование в электронной аппаратуре,
1992, вып.2, с 57-58.
6. Масловский В.М., Личманов Ю.О., Семанович Е.В.
Влияние протяженных дефектов на пробой тонкопле-
ночных МДП-структур. Письма в ЖТФ, 1993, т.19,
вып.24, с.11-16.