СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПРИМЕСНЫХ ПРОФИЛЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ Российский патент 2003 года по МПК C30B33/04 H01L21/263 

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых и диэлектрических материалов с заданными примесными диффузионными профилями и, в частности, может быть использовано при формировании сверхмелких и сверхглубоких р - n-переходов в полупроводниковых материалах для очистки от загрязняющих примесей полупроводниковых и диэлектрических материалов, а также для тотального изменения их оптических свойств и цвета.

Известны различные способы формирования диффузионных профилей, в которых используется диффузия примеси путем внешнего стимулирования ионизацией, упругим рассеянием или дефектами, вызываемыми радиационным облучением потоками электронов, нейтронов и протонов [1, 2, 3]. Такие способы не обеспечивают эффективность диффузионного процесса и диффузию примеси, направленную противоположно диффузионному градиенту.

Данные недостатки частично устраняются в термоэлектродиффузионном способе формирования диффузионных профилей [4, 5]. Однако данный способ имеет также невысокую эффективность диффузионных процессов.

Технической задачей данного изобретения является создание электрически управляемой и эффективной диффузии, позволяющей создавать сверхмелкие и сверхглубокие р - n-переходы в полупроводниковых материалах, а также осуществлять очистку полупроводниковых и диэлектрических материалов от нежелательных примесей и менять тотально или локально оптические и электрические характеристики.

Указанная задача решается предлагаемым электротерморадиационным способом формирования примесных профилей в полупроводниковых и диэлектрических материалах путем воздействия на них внешнего электрического поля величиной более 10 В/см при 300÷2000^oС и одновременного облучения высокоэнергетичными потоками электронов ϕ =10¹⁵-10¹⁹ эл/см² с энергией Е=0,25-10 МэВ.

На чертеже иллюстрируется применение способа при формировании мелких и глубоких р-n-переходов в кремнии. Конструкция на чертеже содержит: полупроводниковый материал - 1; танталовые прокладки 2; электроды из нержавеющей стали 3; стеклянную колбу 4; откачку 5.

Данный способ работает следующим образом.

Помещают в стеклянную колбу 4 полупроводниковый материал, например, пластину кремния 1 n-типа - КЭФ 4,5 Ом•см, легированную фосфором, в которой формируется p-n-переход путем легирования с одной стороны ее бором, откачивают воздух, подают электрическое поле на электрод 3. Нагревают образец до 500-1300^oС электрическим током (либо путем увеличения плотности потока электронов), при одновременном облучении потоком электронов ϕ_эл~ 10¹⁷ эл/см². В этом случае в зависимости от знака приложенного напряжения и времени выдержки (~4 ч) имеет место энергетически управляемое эффективное перемещение диффузионного фронта легирующей примеси (см. чертеж). Если примесь является загрязняющей, то, собрав ее вблизи поверхности материала, возможно последующее удаление примесей путем сошлифовки части материала на поверхности образца. Важной особенностью данного способа является использование электронного облучения в качестве радиационного воздействия.

Электронное облучение в отличие от нейтронного и протонного излучения не создает радиоактивных изотопов в облучаемых материалах, а главное является относительно "мягким" излучением, создающим преимущественно легко отжимаемые точечные дефекты типа вакансия и атом в междоузлии.

Приведенные экспериментальные исследования на кремнии по управляемому изменению диффузионного профиля показали перемещение металлургической границы р-n-перехода на десятки микрон при относительно невысоких температурах нагрева кристалла (600-700^oС) и длительности процесса 4 ч при величине электрического поля ε =10 В/см.

Источники информации
1. Аракелян В.С. Атомная техника за рубежом. - 1969, 4, с.29.

2. Кив А.Е., Умарова Ф.Т., ФТТ, 1967, 9, с.222.

3. Патент России RU 2145365 С1 98122239/12 от 11.12.1998.

4. Болтакс Б.И., Куликов Г.С. Малкович Р.Ш., ФТТ, 1960, 2, 2, р.181.

5. Болтакс Б. И. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках. - Л.: Наука, Ленинградское отд., 1972, с.159-160.

Изобретение может быть использовано для формирования сверхмелких и сверхглубоких р - n-переходов в полупроводниковых материалах, для их очистки от загрязняющих примесей, а также для тотального или локального изменения их оптических свойств и цвета. Сущность изобретения: предлагается радиационный электротермодиффузионный метод, заключающийся в проведении термоэлектродиффузии в электрическом поле напряженностью свыше 10 В/см при 300-2000^oС и одновременном облучении образцов потоками электронов с энергией 0,25-10 МэВ и потоком 1¹⁵-10¹⁹ эл./см². Технический результат заключается в создании электрически управляемой и эффективной диффузии, а электронное облучение, являющееся относительно "мягким", способствует созданию легко отжигаемых точечных дефектов типа вакансия и атом в междоузлии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Электротерморадиационный способ формирования примесных профилей в полупроводниковых и диэлектрических материалах, содержащий операцию термоэлектродиффузии при электрическом поле напряженностью свыше 10 В/см при 300-2000^oС с одновременным облучением потоками электронов с энергией 0,25-10 МэВ и потоком 10¹⁵-10¹⁹ эл/см².