Разработка низкотемпературных процессов для субмикронной технологии. Роль «залечивания» ненасыщенных связей атомов на межфазных границах в «совмещенных» процессах

Результаты расчета концентрации дефектов с незамкнутыми связями, образующихся из-за несоответствия объемов на границе раздела SiО₂/Si с различными модификациями оксида (табл. 2), показывают, что при образовании в переходном слое высоко- и низкотемпературных модификаций оксида возникают дипольные центры разной направленности.

На основе анализа природы электрически активных дефектов на границе раздела в рамках принципа объемно-структурного соответствия предложен способ контролируемого изменения концентрации таких дефектов, а следовательно, величины встроенного заряда на границе раздела низкотемпературный оксид/кремний, состоящий во введении в переходную область определенной концентрации галогенов.

Таб. 2. Концентрация дефектов с незамкнутыми связями на границе раздела SiО₂/Si

Механизм управления величиной заряда основан на стимулированном примесью структурно-фазовом превращении упорядоченной прослойки а-кварца на границе раздела с кремнием. Уменьшение плотности быстрых поверхностных состояний при низкотемпературном окислении может быть обеспечено путем уменьшения энергии бомбардирующих поверхность полупроводника ионов, стимулирующих процесс окисления, и насыщения незамкнутых связей атомов, образующихся из-за несоответствия площадей элементарных ячеек Si и SiО₂ на границе раздела Ns^н.с , атомами или ионами галогена.

При низкотемпературном окислении мала вероятность десорбции галогена, а следовательно, неконтролируемого окисления. С другой стороны, мала концентрация незамкнутых связей, которые могут образоваться при переходе от температуры окисления к комнатной температуре за счет различия коэффициентов линейного термического расширения подложки и оксида.

На основании вышеизложенного предложен низкотемпературный совмещенный процесс формирования оксидных слоев на поверхности кремния. Процесс включает стадии удаления естественного оксида с поверхности подложки, ее охлаждения до комнатной температуры или ниже и низкотемпературного окисления в условиях низкоэнергетической стимуляции с одновременным залечиванием незамкнутых связей поверхностных атомов в галогенсодержащей среде.

Все стадии должны осуществляться в едином цикле в сверхвысоком вакууме. В зависимости от требований технологического процесса в дальнейшем производится нанесение различных функциональных слоев, в частности, металлизации. С помощью такого процесса получена граница раздела SiО₂/Si с электрофизическими параметрами на уровне термических оксидов при толщине слоя диэлектрика менее 15 нм.