СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Российский патент 1994 года по МПК H01L21/268 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано для легирования полупроводников различными материалами.

Известен способ легирования полупроводников, при котором легирующую примесь предварительно ионизируют и внедряют вглубь полупроводника, сообщая ей необходимую энергию в электрическом поле [1] .

К недостаткам способа относится трудоемкость, сложность аппаратурного оснащения, необходимость последующего отжига для восстановления нарушенной структуры и перевода внедренной примеси в активное состояние. Способ не может быть применен для обработки пластин больших размеров из-за расфокусировки при отклонениях луча.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ лазерного легирования, при котором на поверхность полупроводника наносят материал лигатуры и облучают полученную структуру светом от лазерного источника [2] .

Недостатком данного способа является то, что легирование полупроводников осуществляют при больших интенсивностях света лазерного источника из-за необходимости локального нагрева поверхности полупроводника в области контакта с лигатурой. Необходимость предварительного подогрева полупроводниковых подложек до 500-600^оС и специфические процессы протекания диффузии лигатуры приводят к появлению механических напряжений, которые в ряде случаев достаточны для образования трещин на всю глубину легированного слоя.

Цель изобретения - повышение качества легирования за счет снижения механических напряжений, возникающих в легированном слое, и снижение энергетических затрат.

Цель достигается тем, что в способе легирования полупроводника, при котором на поверхность полупроводника наносят материал лигатуры и облучают полученную структуру светом, при этом полученную структуру дополнительно помещают в магнитное поле и облучают светом с интенсивностью, не вызывающей нагрев поверхности структуры.

Существенным отличием заявляемого технического решения является то, что легирование полупроводников осуществляется при таких энергетических режимах облучения, когда разогрева приповерхностного слоя полупроводника в области контакта с лигатурой не происходит. Тем самым величина механических напряжений, возникающих при легировании, значительно снижается, что улучшает качественные характеристики легированного слоя.

Способ поясняется фиг. 1-4.

Способ осуществляют следующим образом. На полупроводниковые подложки GeSe₄ размерами 5х5х0,5 мм с одной стороны наносят полупрозрачные пленки никеля или алюминия толщиной 0,2 мкм. Далее исследуемые образцы помещают в магнитное поле с напряженностью 10³ Э и облучают светом с интенсивностью 1-10 мВт. Используемые для проведения диффузии интенсивности света не могут вызвать какого-либо существенного повышения температуры, необходимого для проведения отжига или диффузии.

В процессе легирования толщины слоя лигатура контролировалась по величине фотоакустического сигнала, формируемого тепловым расширением пленки диффузанта.

На фиг. 1 изображен спектр фотоакустического сигнала до и после легирования на структуре GeSe₄-Ni (кривые 1 и 2 соответственно). Из-за специфики измерения спектр фотоакустического отклика имел характерные изменения знака сигнала (смена фазы измеряемого сигнала относительно опорного), что обусловлено сменой области поглощения света и соответственно тепловым расширением либо поверхности полупроводника в области собственного поглощения света, либо тепловым расширением материала лигатуры (никеля, алюминия) в области прозрачности полупроводника. После одновременного воздействия магнитного поля напряженностью 10³ Э и лазерного облучения (лазер ОКГ-12-1) с длиной волны 633 км 10 мВт, в течение 30 мин спектр фотоакустического отклика показывает значительное изменение толщины слоя лигатуры, так как амплитуда фотоакустического сигнала в области прозрачности полупроводника зависит от массы, а следовательно и толщины пленки никеля.

Методом рентгеноэлектронной спектроскопии с применением ионного травления проведены исследования элементного состава и химического состояния приповерхностных слоев структуры GeSe₄-Ni. Фотоэлектронные спектры возбуждали MgK α -излучением. Послойное травление осуществлялось бомбардировкой ионами аргона с энергией 850-900 эВ плотности ионного тона около 10 мкА/см². Скорость травления составляла 5-7 /мин.

На фиг. 2 и 3 изображены концентрационное распределение примеси никеля по глубине приповерхностной области структуры Ni-GeSe₄ после совместного воздействия магнитного поля 10³ Э ультрафиолетового освещения 1 мВт в течение 2 ч (фиг. 2) или магнитного поля 10³ Э и лазерного облучения 10 мВт в течение 30 мин (фиг. 3). На фиг. 2 видно, что область перехода от никеля к GeSe₄ начинается с времен травления 120-130 мин (600-900 ). Концентрация никеля уменьшается вглубь образца, однако до глубины, где никель практически отсутствует, провести анализ оказывается затруднительным ввиду значительного проникновения никеля в более глубокие слои. Увеличение интенсивности лазерного облучения до 10 мВт при том же магнитном поле приводит к более значительному изменению концентрационных профилей (см. фиг. 3), увеличению концентрации никеля по всей исследованной глубине. Полученные экспериментальные данные показывают плавный переход между легированными и нелегированными областями исследованной структуры, что свидетельствует о снижении величин механических напряжений, возникающих в процессе легирования.

Технико-экономическая эффективность использования данного изобретения в области технологии изготовления полупроводниковых приборов заключается в повышении качества легирования и воспроизводимости параметров легированных слоев, а также в снижении энергетических затрат процессов легирования. Относительная простота способа, совместимость с вакуумными технологиями обуславливают перспективность применения данного метода для изготовления полупроводниковых структур с субмикронными размерами. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 504435, кл. Н 01 L 21/265, 1982.

2. Александреску Р. А. , Кияк С. Г. и др. Лазерное твердофазное легирование кремния бором. ДАН АН СССР, 1988, т. 301, N 4.

Использование: технология изготовления полупроводниковых приборов. Сущность: на поверхность полупроводниковой подложки наносят лигатуру. Полученную структуру помещают в магнитное поле и проводят облучение светом с плотностью мощности, не вызывающей плавление поверхности структуры. 4 ил.

СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, включающий нанесение на поверхность полупроводниковой подложки лигатуры и облучение полученной структуры светом, отличающийся тем, что, с целью повышения качества за счет снижения механических напряжений в легированном слое и снижения энергоемкости способа, до облучения структуры помещают в магнитное поле, а облучение проводят при плотности мощности светового излучения, не вызывающей нагрев поверхности структуры.