СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2010 года по МПК H01L21/324 

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур, с пониженной плотностью дефектов.

Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [Пат.5013681 США, МКИ H01L 21/20] путем последовательного наращивания на поверхности первой кремниевой подложки слоя буферного кремния и Si_1-x Ge_x, используемого в качестве ограничителя травления. Затем проводятся операции эпитаксиального наращивания активного слоя кремния и окисления поверхности структуры с целью формирования верхнего слоя диоксида кремния. Первая подложка присоединяется с лицевой поверхностью к окисленной лицевой поверхности второй подложки кремния в процессе отжига в окислительной атмосфере при температуре 700-1000°С. Затем слой кремния второй подложки и буферный слой кремния удаляются. В таких полупроводниковых структурах из-за наличия неровностей и шероховатостей на поверхности присоединяющих пластин образуются дефекты, которые ухудшают электрофизические параметры полупроводниковых структур.

Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [заявка 1246851 Япония, МКИ H01L 21/94] путем нанесения на поверхность основания из молибдена и кремниевой пластины слоя диоксида кремния, методом термического окисления во втором случае или методом химического осаждения из газовой фазы в первом случае. Затем кремниевую пластину и молибденовое основание, обращенные друг к другу слоем диоксида кремния, приводят в контакт и склеивают. Последующей шлифовкой и полировкой кремниевой пластины с тыльной стороны добиваются получения поверхности требуемого класса обработки.

Недостатками этого способа являются:

- повышенная плотность дефектов в полупроводниковых структурах;

- образование механических напряжений;

- сложность технологического процесса.

Задача, решаемая изобретением: снижение плотности дефектов в полупроводниковых структурах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров структур, повышение качества и увеличение процента выхода годных.

Задача решается путем формирования двухслойного пористого кремния с различной плотностью. Слой пористого кремния, находящегося ближе к поверхности, формируется при плотности тока 30 mA/см², затем плотность тока увеличивается до 45 mA/см² и формируется второй слой пористого кремния с другой пористостью. Верхний слой содержит поры размером в 2-8 нм, второй слой содержит поры размером на 2 порядка больше.

Формирование двухслойного пористого кремния с различной плотностью по слоям снижает дефектность в структурах и величину заряда на границе раздела кремний-пористый кремний за счет снижения механических напряжений, обеспечивая улучшения параметров структур.

Технология способа состоит в следующем: в начале на подложке n типа проводимости формируют слой n⁺ типа проводимости, затем наращивают эпитаксиальный слой n типа. В последующем n⁺ скрытый слой превращают в пористый кремний путем его селективного анодирования на основе фтористоводородной кислоты. Далее проводится термическое окисление пористого кремния и в структурах формируют транзисторы. В результате пористого анодирования структур кремния и последующего термического окисления пористого кремния получаются полностью изолированные островки кремния. Окисление проводят в трехстадийном режиме: 300-400°С в течение одного часа в сухом кислороде; 800-900°С в течение двух часов в сухом кислороде; 1000-1100°С в течении одного часа во влажном кислороде. Анодизация приводит к протеканию тока через раствор фтористоводородной кислоты и кремниевую пластину. При этом формируются микроскопические поры. Изменяя плотность тока, создаем слои пористого кремния различной плотности. При плотности тока 30 mA/см² формируем слой пористого кремния, находящийся ближе к поверхности, затем увеличиваем плотность тока до 45 mA/см² и формируем второй слой с другой пористостью. Верхний слой содержит поры размером в 2-8 нм, второй слой содержит поры размером на 2 порядка больше. Затем формировали на эпитаксиальном слое кремния активные области полупроводникового прибора по стандартной технологии.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. В начале на пластинах кремния КЭФ-4,5 формировали слой n⁺ типа проводимости диффузией фосфора или сурьмы, затем наращивали эпитаксиальный слой n-типа толщиной 300 нм с удельным сопротивлением 0,3 Ом·см. В последующем верхний слой кремния n⁺ типа превращают в пористый кремний с размерами пор 2 нм, при плотности тока 30 mA/см², затем увеличиваем плотность тока до 45 mА/см² и формируем второй (нижний) слой пористого кремния с размерами пор 200 нм. После чего проводим окисление в трехстадийном режиме: первая стадия 300°С в течение одного часа в сухом кислороде; вторая стадия 800°С в течение двух часов в сухом кислороде; третья стадия 1000°С в течение одного часа во влажном кислороде. Затем формировали на эпитаксиальном слое кремния n-типа области стока, истока и затвора полупроводникового прибора по стандартной технологии.

Пример 2. В начале на пластинах кремния КЭФ-4,5 формировали слой n⁺ типа проводимости диффузией фосфора или сурьмы, затем наращивали эпитаксиальный слой n-типа толщиной 300 нм с удельным сопротивлением 0,3 Ом·см. В последующем верхний слой кремния n⁺ типа превращают в пористый кремний с размерами пор 8 нм, при плотности тока 30 mA/см², затем увеличиваем плотность тока до 45 mA/см² и формируем второй (нижний) слой пористого кремния с размерами пор 800 нм. После чего проводим окисление в трехстадийном режиме: первая стадия 400°С в течение одного часа в сухом кислороде; вторая стадия 900°С в течение двух часов в сухом кислороде; третья стадия 1100°С в течение одного часа во влажном кислороде. Затем формировали на эпитаксиальном слое кремния n-типа области стока, истока и затвора полупроводникового прибора по стандартной технологии.

По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы. Результаты обработки представлены в таблице.

Таблица Параметры п\п структур, изготовленных по стандартной технологии Параметры п\п структур, изготовленных по предлагаемой технологии подвижность, cм²/Bc плотность дефектов см^-2 подвижность, см²/Вс плотность дефектов см^-2 476 5·10⁵ 648 4,2·10⁴ 451 8·10⁵ 610 6,7·10⁴ 459 7·10⁵ 603 5,4·10⁴ 532 2·10⁵ 178 1,1·10⁴ 521 2,5·10⁵ 694 1,5·10⁴ 570 1·10⁵ 739 0,7·10⁴ 464 6·10⁵ 608 4,5·10⁴ 497 3,5·10⁵ 672 2,2·10⁴ 448 8,5·10⁵ 601 6,9·10⁴ 490 4·10⁵ 665 3,1·10⁴ 473 5,2·10⁵ 643 4,4·10⁴ 545 1,7·10⁵ 704 0,9·10⁴ 503 3·10⁵ 676 1,4·10⁴

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур, на партии пластин сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 15,5%.

Технический результат: снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров, повышение надежности и увеличения процента выхода годных приборов.

Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.

Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем формирования двухслойного пористого кремния с различной плотностью за счет изменения плотности тока с 30 mA/см² до 45 mA/см² с последующим применением трехстадийного режима окисления позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.

Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: в способе изготовления полупроводниковой структуры на кремниевой пластине формируют слой n⁺ типа, на котором наращивают эпитаксиальный слой n типа, затем в n⁺ слое создают двухслойную пористую структуру с различной плотностью, верхний слой с размерами пор от 2 до 8 нм, а нижний слой с размерами пор на два порядка больше, путем последовательного изменения плотности тока с 30 mA/см² до 45 mA/см² с последующим применением трехстадийного режима окисления: при температуре 300-400°С в течение одного часа в сухом кислороде; при температуре 800-900°С в течение двух часов в сухом кислороде; при температуре 1000-1100°С в течение одного часа во влажном кислороде. Технический результат изобретения - снижение плотности дефектов в полупроводниковых структурах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных. 1 табл.

Способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий обработку кремниевой пластины, отличающийся тем, что на кремниевой пластине формируют слой n⁺ типа, на котором наращивают эпитаксиальный слой n типа, затем в n⁺ слое создают двухслойную пористую структуру с различной плотностью, верхний слой с размерами пор от 2 до 8 нм, а нижний слой с размерами пор на два порядка больше, путем последовательного изменения плотности тока с 30 мA/см² до 45 мA/см² с последующим применением трехстадийного режима окисления: при температуре 300-400°С в течение одного часа в сухом кислороде; при температуре 800-900°С в течение двух часов в сухом кислороде; при температуре 1000-1100°С в течение одного часа во влажном кислороде.