СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НИЗКООМНОГО КОНТАКТА К КРЕМНИЮ Российский патент 1996 года по МПК H01L21/28 

Изобретение относится к области технологии полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении различных интегральных датчиков и преобразователей, фото- и оптоэлектронных устройств, включающих в себя слои пористого кремния (ПК) и контакты алюминий/кремний.

Требование омичности контакта к кремнию, как компактному, так и пористому, при малой величине переходного удельного сопротивления R_c диктуется необходимостью достижения значительных величин пропускаемых токов, а также необходимостью уменьшения нежелательных шумов.

Проблема получения низкоомного контакта к пористому кремнию осложнена повышенной химической активностью последнего в соединении с различными металлами, когда образующиеся в процессе высокотемпературных технологических операций силициды и сплавы деформируют пористую матрицу, закупоривают устья пор. А операция высокотемпературного отжига контакта в инертной среде вызывает в ряде случаев превращение монокристаллической структуры ПК в поликристаллическую (см. например [1]), (что значительно повышает ее сопротивление), а также деградацию термически нестабильных элементов устройства.

Известен способ формирования омического контакта к кремнию, заключающийся в том, что кремниевую пластину подвергают химической очистке с использованием буферных растворов плавиковой кислоты или чистых растворов HF, отмывают ее в деионизованной воде, сушат, напыляют алюминий и вжигают его при 550-560^oС (см. [2]). При этой операции химической очистки с поверхности кремния удаляют тонкие пленки окисла и химические загрязнения. Главный недостаток способа применительно к ПК аномально высокие величины удельных переходных сопротивлений контактов R_c>10² Ом•мм².

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является способ изготовления чувствительного элемента полупроводникового газового сенсора, включающий формирование пористого слоя путем анодирования в HF-содержащем электролите высокоомной кремниевой подложке p-типа проводимости, промывку полученного пористого слоя в деионизованной воде, сушку его, сухое травление его поверхности во фтороуглеродно-кислородной плазме высокочастотного (ВЧ) разряда, нанесение алюминия поверх пористого слоя (см.[3]). Способ дает высокие значения удельных переходных сопротивлений за счет потенциального барьера на границе металл/ПК, а также за счет аномальной высокоомности самого пористого слоя. Последний, будучи сформированным на высокоомной подложке p-типа проводимости, имеет показатель, пористости R ≈ 60-70% и удельное сопротивление порядка 10⁷ Ом•см.

Технической задачей заявляемого способа является уменьшение переходного удельного контактного сопротивления R_c и сохранение имеющихся на подложке элементов интегральных схем, склонных к термической деградации (применительно к слоям ПК также и сохранение структурных свойств пористой кремниевой матрицы).

Указанная задача достигается тем, что в известном способе, включающем формирование на кремниевой подложке пористого слоя путем анодирования ее в Н-содержащем электролите, промывку полученного пористого слоя в деионизованной воде, сушке его, травление поверхности его во фтороуглеродно-кислородной плазме высокочастотного (ВЧ), разряда, нанесение алюминия поверх пористого слоя, в качестве подложки используют низкоомный кремний n-типа проводимости и после нанесения металла осуществляют вжигание в инертной среде при 300-350^oС в течение 10-15 мин.

Сформированный на низкоомном кремнии, в частности легированном сурьмой пористый слой, имеет преимущественно в том, что он не истощен носителями и в идеале образует с алюминием невыпрямляющий контакт. Однако, верхних несколько микрон того слоя чрезвычайно аморфизированы и загрязнены продуктами анодирования. Эту диэлектрическую по свойствам пленку, препятствующую диффузии алюминия в кремний, как и в прототипе удаляют при помощи операции плазмохимического травления. Остающийся слой обладает чрезвычайно высокой удельной поверхностью, что в несколько раз увеличивает эффективную площадь контакта с металлом. В дополнение к этому повышенная химическая активность поверхности
ПК после операции плазмохимического травления способствует протеканию процессов диффузии и геттерирования нежелательных примесей металлическим слоем. Высокая концентрация водорода, диффундирующего в кремний в процессе анодирования, снижает плотность электронных ловушек в нем. Концентрация же рассеивающих примесей и дефектов в объеме ПК ниже, чем в компактном. Все это в совокупности обуславливает возрастание подвижности носителей тока и снижение величины R_c/Ом•мм². Относительно низкие температуры вжигания позволяют снизить опасность термической деградации самого пористого слоя и других элементов микросхем, расположенных на подложке.

Примеры реализации.

П р и м е р 1. Низкоомный контакт к кремнию получают следующим образом. Кремниевую подложку марки КЭС-0.01 ориентации <111> анодируют в 48%-ном водном растворе плавиковой кислоты при плотности тока 10 мА/см² в течение 5 мин. Сформированный таким образом слой толщиной 5-7 мкм с пористостью 12% промывают в деионизованной воде, сушат в потоке осушенного азота. Затем верхние 3-4 мкм этого слоя стравливают путем обработки в течение 1,2 мин плазмой ВЧ-разряда следующего состава (Па): 90 фреон-19, 14 кислород. Удельная мощность разряда 0,6 Вт/см³. Затем производят напыление термическим способом 0,5 мкм алюминия. После этого проводят вжигание металла в атмосфере азота ОСЧ при 300^oС в течение 15 мин. Омичность контактов исследуют по стандартной методике Кокса-Стрека и переключающегося контакта. Измерения продемонстрировали линейность вольт-амперных характеристик контактов в широком интервале электрических полей при удельных переходных сопротивлениях R_c до 0,8 Ом•мм².

П р и м е р 2. Пример демонстрируют способ изготовления низкоомного контакта к пористому кремнию и отличается от примера 1 временем анодирования подложки, составляющим 60 мин. Толщина полученного пористого слоя при этом составляет около 70 мкм. Вжигание алюминия проводят при 350^oС в течение 10 мин. Значение R_c при этом составляет 1,1 Ом•мм².

Значения удельных переходных сопротивлений R_c для контакта алюминий/кремний, полученного по прототипу, составила не менее 10 Ом•мм². При температурах вжигания Т_o, меньших 300^oС, и времени, меньшем 10 мин, значения P_c у образцов не достигали удовлетворительных значений значительно не уменьшались. При температурах Т_o, больших 350^oС, и времени, большем 15 мин, выигрыш в уменьшении P_c по сравнению с оптимальным заявляемым режимом был несущественным. А при T_o > 450^oС начинается деградация пористого слоя при значительном увеличении глубины проникновения металла в поры. В заявленных интервалах режимных параметров вжигание алюминия, как показали электрофизические исследования и изучение образцов при помощи растрового электронного микроскопа с последующей цифровой обработкой полученных изображений, отсутствуют необратимые изменения резистивно-емкостных и структурных параметров пористого слоя.

Использование: в области технологии полупроводниковых приборов, при изготовлении различных интегральных датчиков и преобразователей, фото- и оптоэлектронных устройств, включающих слои пористого кремния и контакты алюминий-кремний. Сущность изобретения: на кремниевой подложке п-типа проводимости получают путем анодирования слой пористого кремния. Наносят поверх слоя пористого кремния слой алюминия и вжигают его в инертной среде при 300-350 град. в течение 10-15 мин.

Способ изготовления низкоомного контакта к кремнию, включающий формирование на кремниевой подложке пористого слоя путем анодирования ее в HF содержащем электролите, промывку полученного слоя в деионизованной воде, сушку, травление его поверхности во фторуглеродно-кислородной плазме высокочастотного разряда, нанесения алюминия поверх пористого слоя, отличающийся тем, что в качестве подложки используют низкоомный кремний n-типа проводимости, а после нанесения алюминия проводят его вжигание в инертной среде при 300 350^oС в течение 10 15 мин.