Способ создания окисной пленки на поверхности полупроводниковой либо металлической подложки

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОКИСНОЙ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЛИБО МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Витязь Петр Александрович Жорник Виктор Иванович Ковалева Светлана Анатольевна Пилипенко Владимир Александрович Петлицкая Татьяна Владимировна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Способ создания окисной пленки на поверхности полупроводниковой либо металической подложки, в котором на поверхности подложки, помещенной в контролируемую окислительную атмосферу, формируют слой адсорбированной воды, приводят в контакт с поверхностью острозаточенный электрод, подают на него отрицательный относительно подложки заданный начальный электростатический потенциал и перемещают электрод по поверхности с выдержкой в каждой точке перемещения в течение определенного промежутка времени, отличающийся тем, что величину начального потенциала электрода задают не менее 10 В, электрод несколько раз перемещают по одному и тому же участку поверхности, увеличивая его потенциал перед каждым повторным перемещением, а величину потенциала перед последним перемещением задают не более 30 В. 14296 1 2011.04.30 Изобретение относится к области наноэлектроники и может быть использовано для создания функциональных элементов наноэлектроники, а также в технологических режимах при производстве сверхбольших интегральных схем. Известен способ создания окисной пленки 1, заключающийся в том, что полупроводниковая подложка помещается в атмосферу воздуха с относительной влажностью 5575 . Электрод с жесткостью консоли 0,2-0,15 Н/м и радиусом 25 нм приводят в контакт с поверхностью подложки с усилием 1 нН. Затем между электродом и подложкой прикладывают напряжение, причем на поверхность подложки подают положительный электростатический потенциал величиной 4-10 В и осуществляют перемещение электрода по линии со скоростью 0,2-1 мкм/с. Недостатком данного способа является малая глубина (34 нм) проникновения диэлектрических участков в объем подложки. Известен способ создания окисной пленки 2, заключающийся в том, что электрод радиусом не более 100 нм подводят к поверхности подложки, затем на электрод подают отрицательный относительно точки поверхности подложки электростатический потенциал величиной 8 В в течение промежутка времени, причем подложка помещена в атмосферу кислородсодержащего газа, при этом кислородсодержащий газ адсорбирован на поверхности подложки. Электрод подводят к поверхности подложки достаточно близко, чтобы обеспечить протекание электрического тока в системе электрод-подложка, но без его контактирования с поверхностью подложки. Для формирования рельефа электрод перемещают от точки к точке относительно поверхности подложки. Величину электрического тока в системе электрод-подложка в процессе анодного окисления устанавливают и поддерживают на постоянном уровне посредством контролирования положения электрода относительно поверхности подложки. Недостатком известного способа является незначительная (6-8 нм) глубина проникновения диэлектрических участков, что снижает его ценность в отношении практической реализации. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ создания окисной пленки 3, заключающийся в том, что подложку помещают во влажную атмосферу и формируют на поверхности подложки адсорбированную пленку воды, после чего острозаточенный электрод приводят в контакт с поверхностью подложки таким образом,что адсорбированная пленка воды смачивает электрод, затем на него подают отрицательный относительно точки поверхности подложки электростатический потенциал величиной 4-10 В в течение 10-5-10 с и одновременно с подачей электростатического потенциала на электрод воздействуют на него давлением 105-109 Н/м 2. Затем электрод подводят к поверхности подложки в других точках, формируя рельеф окисной пленки, состоящей из отдельных диэлектрических участков. В способе в качестве подложки используют пластины из полупроводниковилии металловили , на поверхности которых присутствует пленка естественного окисла. Технический результат создание на подложке окисных пленок толщиной от 10 нм до 50 нм. Недостатком данного технического решения является относительно малая толщина полученной окисной пленки, а также быстрый износ электрода. Ограничение глубины проникновения оксида в объем подложки обусловлено следующим наличием естественного окисла на поверхности подложки, который, являясь диэлектриком, существенно ограничивает силу электрического тока в системе электродподложка,с ростом толщины окисной пленки возрастает ее сопротивление, что приводит к снижению силы тока и прекращению процессов диффузии кислорода к границе раздела подложка-оксид и роста анодного окисла, 2 14296 1 2011.04.30 при протекании электрического тока происходят нагрев подложки и уменьшение слоя адсорбированнойводы, а сильное прижатие электрода к подложке приводит к вытеснению водяного мениска к краям области контакта и уменьшению объема электролита в области контакта. Малая глубина проникновения участков диэлектрических окисных пленок в объем полупроводника или металла существенно ограничивает применение известных способов на практике. Задачей изобретения является повышение толщины до 150 нм создаваемых диэлектрических участков окисных пленок на поверхности подложки. Технический результат достигается тем, что на поверхности полупроводниковой либо металлической подложки, помещенной в контролируемую окислительную атмосферу,формируют слой адсорбированной воды, приводят в контакт с поверхностью острозаточенный электрод, подают на него отрицательный относительно подложки заданный начальный потенциал и перемещают электрод по поверхности с выдержкой в каждой точке перемещения в течение определенного промежутка времени, отличающийся тем, что величину начального потенциала электрода задают не менее 10 В, электрод несколько раз перемещают по одному и тому же участку поверхности, увеличивая его потенциал перед каждым повторным перемещением, а величину потенциала перед последним перемещением задают не более 30 В. В способе в качестве подложки используют пластины или пленки полупроводниковых и металлических материалов, например монокристаллического кремния, эпитаксиальные пленки кремния, а также поликристаллический кремний, алюминий и др. Сущность изобретения поясняется прилагаемыми фигурами. Фиг. 1 - блок-схема для реализации предлагаемого способа на основе атомно-силового микроскопа (АСМ). Фиг. 2 - АСМ 3 - изображение топографии поверхности монокристаллического кремния КДБ-12 (111) с локальной окисной пленкой, полученной после первого этапа сканирования с напряжением величиной 10 В (а) и последнего с величиной напряжения 30 В (б). Фиг. 3 - АСМ-топография поликремниевой перемычки ячейки памяти оперативнозапоминающего устройства (ОЗУ) а - до окисления б - после окисления. Реализацию предлагаемого способа создания окисной пленки путем локальной электрохимической модификации поверхности полупроводниковой либо металлической подложки осуществляют на основе использования сканирующего зондового микроскопа, в частности атомно-силового микроскопа (фиг. 1), электропроводящий зонд которого используют в качестве острозаточенного электрода. К поверхности подложки 1 с тонким слоем адсорбированной воды 2 подводят электропроводящий зонд 3. Положение зонда над поверхностью фиксируется оптической системой 4, которая позволяет осуществлять визуальный контроль зонда 3 над поверхностью подложки 1, и системой позиционирования 5, которая реализует перемещение подложки 1 как в горизонтальном , так и вертикальномнаправлении. Изменение положения зонда 3 в результате взаимодействия с поверхностью подложки 1 в каждой измеряемой точке регистрируют фотодетектором 6 по отклонению (перемещению) отраженного от консоли зонда пятна лазера 7. Сигнал фотодетектора подают через систему 8 обратной связи в блок 9 обработки информации, посредством которого осуществляется управление позиционированием. Источником 10 питания проводят управление и измерение разности потенциалов электропроводящего зонда 3 и подложки 1. Установка помещается в защитную камеру 11 с контролируемой с помощью измерителя 12 влажности окислительной атмосферой. При реализации известного способа создания окисной пленки к факторам, лимитирующим глубину локального окисления, относят растущий окисный слой и возрастающее его сопротивление, что приводит к снижению силы тока и прекращению процессов диффузии кислорода к границе раздела подложка-оксид и роста анодного окисла. 3 14296 1 2011.04.30 Для дальнейшего протекания анодного окисления и увеличения глубины локального окисления необходимо увеличение напряжения от 10 В до 30 В, что приводит к пробою растущей окисной пленки и ускорению процесса анодного окисления. Перемещением электрода по точкам по поверхности при разности потенциалов 10-12 В получают локальные аморфные оксидные пленки. Перемещением электрода при электрическом потенциале до 30 В получают локальные полиморфные окисные пленки. Многократное перемещение электрода по одному и тому же рисунку с постепенным увеличением электрического смещения позволяет получать равномерные диэлектрические пленки толщиной до 150 нм. В качестве сведений, подтверждающих реализацию предлагаемого способа с достижением указанного технического результата, приводим нижеследующие примеры. Пример 1. Подложку, в качестве которой используют пластину монокристаллического кремния КДБ-12, ориентированного (111) с естественным тонким окисным слоем, помещают в защитную камеру с контролируемой окислительной атмосферой с относительной влажностью 60 , где на поверхности формируют слой адсорбированной воды. Затем к поверхности подводят зонд с электропроводящим покрытием - с жесткостью консоли 48 Н/м и приводят его в контакт с поверхностью. На подложку источником питания подают положительный электростатический потенциал величиной 10 В, а зонд заземляют и осуществляют сканирование участка с выдержкой в точке 0,004 с. Затем повышают напряжение до 15 В и проводят повторное сканирование этого же участка. Затем повышают напряжение до 30 В и выполняют сканирование. Толщина пленки 100 нм. На фиг. 2 представлено 3-изображение топографии объекта полученного после первого этапа сканирования с напряжением величиной 10 В (а) и последнего с величиной напряжения 30 В (б). Пример 2. В качестве подложки используют тестовые перемычки, размещенные на тестовом модуле серийно выпускаемой СБИС микропроцессора с параметрами 0,84,00,35 мкм. Перемычки изготовлены из поликристаллического кремния. Тестовый модуль помещается в защитную камеру с относительной влажностью атмосферы 60 . С помощью оптической системы для визуального контроля зонда над поверхностью подложки и системы позиционирования зонд помещают над перемычкой. Затем приводят зонд в контакт с ее поверхностью и осуществляют предварительное сканирование. На полученном изображении с помощью системы позиционирования выбирают участок на краю перемычки с латеральным размером, соответствующим ширине перемычки. Приводят зонд в контакт с поверхностью и подают положительный потенциал на контактную площадку СБИС величиной 10 В. Затем выполняют сканирование с выдержкой в точке 0,004 с. Затем подают напряжение величиной 25 В и повторяют сканирование. Затем аналогичным образом поступают с другой стороны перемычки. Технический результат представляет окисление перемычки и электрическую изоляцию ячейки памяти (фиг. 3). Полученный результат можно рекомендовать к применению в технологическом цикле резервирования ячеек ОЗУ СБИС для повышения выхода годности и надежности ИМС. Пример 3. Подложку, в качестве которой используют пластину монокристаллического кремния с тонким слоем алюминия толщиной 20 нм, помещают в защитную камеру с контролируемой окислительной атмосферой с относительной влажностью 75 , где на поверхности формируют слой адсорбированной воды. В качестве электрода используют зонд с жесткостью консоли 48 Н/м с проводящим покрытием -. Между зондом и поверхностью прикладывают напряжение, подавая на поверхность положительный потенциал величиной 10 В. Затем зонд приводят в электрический контакт с поверхностью и выполняют сканирование с временем выдержки в точке 0,01 с. После этого источником питания подают напря 4 14296 1 2011.04.30 жение 25 В в течение времени 0,01 с, выполняют перемещение зонда в другую точку и подают напряжение 25 В в течение 0,1 с. В результате формируется пленка толщиной 150 нм. Основными преимуществами заявляемого способа получения окисных пленок на поверхности подложки по сравнению с известными являются увеличение глубины проникновения в объем подложки (до 150 нм) диэлектрических участков окисных пленок возможность регулирования структуры получаемых окисных пленок увеличение ресурса используемого острозаточенного электрода. Источники информации 1.,,,. , 17, 2006. Р. 330-337. 2.5785838 А, МПК 625 11/02, 1998. 3.2268952 С 1, 2006. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: B82B 3/00, C25D 11/02

Метки: металлической, пленки, создания, подложки, либо, полупроводниковой, поверхности, способ, окисной

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-14296-sposob-sozdaniya-okisnojj-plenki-na-poverhnosti-poluprovodnikovojj-libo-metallicheskojj-podlozhki.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ создания окисной пленки на поверхности полупроводниковой либо металлической подложки</a>

Похожие патенты