СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА Российский патент 2010 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления транзисторов со структурой кремний на изоляторе, с пониженной плотностью дефектов.

Известен способ изготовления полупроводникового прибора [Патент 2165620, Япония, МКИ H01L 21/20] путем формирования кремниевой полупроводниковой пленки на поверхности диэлектрической подложки. В таких полупроводниковых приборах из-за рассогласования кристаллических решеток кремния и сапфира образуются дефекты, которые ухудшают параметры полупроводниковых приборов.

Наиболее близким из известных является способ изготовления полупроводникового прибора [Патент РФ №2330349, МКИ H01L 29/161] путем обработки диэлектрической подложки ионами кислорода дозой 5·10¹²-10¹³ см^-2 с энергией 15-30 кэВ и отжигом при температуре 300°C в течение 35 с, с последующим эпитаксиальным наращиванием кремниевой пленки на диэлектрическую подложку.

Недостатками этого способа являются:

- повышенная плотность дефектов в полупроводниковых структурах;

- низкая технологическая воспроизводимость;

- ухудшение статических параметров приборов.

Задача, решаемая изобретением, - снижение плотности дефектов в полупроводниковых приборах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных.

Задача решается путем наращивания пленки кремния на диэлектрическую подложку с последующей аморфизацией пленки ионами кремния в две стадии: первую стадию проводят при дозе 10¹⁵ см^-2 и энергии 100-130 кэВ, вторую стадию проводят при дозе 2·10¹⁵ см^-2 и энергии 50-70 кэВ, после каждой стадии аморфизации проводят отжиг при температуре 950-1100°C в течение 20-60 мин в водороде, затем на пленке кремния создают полупроводниковый прибор по стандартной технологии.

Аморфизация кремниевого слоя обработкой ионами кремния с последующим его отжигом при температуре 950-1100°C уменьшает дефекты структуры, обуславливая улучшение параметров приборов за счет снижения центров рекомбинации.

Технология способа состоит в следующем: сапфировую подложку обрабатывают ионами кислорода дозой 5·10¹²-10¹⁵ см^-2 с энергией 15-30 кэВ, с последующим отжигом при температуре 300°C в течение 35 с. Затем наращивают эпитаксиальную кремниевую пленку на диэлектрическую подложку. Далее нанесенный слой кремния аморфизируют ионами кремния в две стадии: первая при дозе 10¹⁵ см^-2 и энергии 100-130 кэВ, с последующим отжигом при температуре 950-1100°C в течение 20-60 мин в атмосфере водорода; вторая стадия при дозе 2·10¹⁵ см^-2 и энергии 50-70 кэВ, с последующим отжигом при температуре 950-1100°C в течение 20-60 мин в водороде. В последующем на пленке кремния создают полупроводниковый прибор по стандартной технологии.

По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы. Результаты исследований представлены в табл.1.

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых приборов на партии пластин, сформированных в оптимальном технологическом режиме, увеличился на 12.5%.

Таблица 1. Параметры приборов Параметры приборов, изготовленных по стандартной технологии Параметры приборов, изготовленных по предлагаемой технологии Подвижность, см²/В·с Плотность дефектов, 10³ см^-2 Подвижность, см²/В·с Плотность дефектов, 10³ см^-2 648 42 820 1.1 610 67 795 2.3 603 54 791 1.7 718 11 894 0.4 694 15 885 0.8 739 7 905 0.2 608 45 790 1.2 672 22 852 0.9 601 69 784 2.4 665 31 876 1.4 643 44 815 1.3 597 72 775 2.6

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

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

Предложенный способ изготовления полупроводникового прибора путем аморфизации ионами кремния слоя кремния на сапфире в две стадии: первую стадию проводят при дозе 10¹⁵ см^-2 и энергии 100-130 кэВ, вторую стадию проводят при дозе 2·10¹⁵ см^-2 и энергии 50-70 кэВ, и отжиг при температуре 950-1100°C в течение 20-60 мин в водороде позволяет повысить процент выхода годных и улучшить их надежность.

Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов. Технический результат изобретения - снижение плотности дефектов в полупроводниковых приборах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных. Сущность изобретения: в способе изготовления полупроводникового прибора, включающем обработку диэлектрической подложки ионами кислорода, термический отжиг и формирование кремниевой полупроводниковой эпитаксиальной пленки, после эпитаксиального роста кремниевой пленки на диэлектрической подложке пленку кремния аморфизируют ионами кремния в две стадии: первую стадию проводят при дозе 10¹⁵ см^-2 и энергии 100-130 кэВ, вторую стадию проводят при дозе 2·10¹⁵ см^-2 и энергии 50-70 кэВ, после каждой стадии аморфизации проводят отжиг при температуре 950-1100°С в течение 20-60 мин в водороде, затем на пленке кремния создают полупроводниковый прибор по стандартной технологии. 1 табл.

Способ изготовления полупроводникового прибора, включающий обработку диэлектрической подложки ионами кислорода, термический отжиг и формирование кремниевой полупроводниковой эпитаксиальной пленки, отличающийся тем, что после эпитаксиального роста кремниевой пленки на диэлектрической подложке пленку кремния аморфизируют ионами кремния в две стадии: первую стадию проводят при дозе 10¹⁵ см^-2 и энергии 100-130 кэВ, вторую стадию проводят при дозе 2·10¹⁵ см^-2 и энергии 50-70 кэВ, после каждой стадии аморфизации проводят отжиг при температуре 950-1100°С в течение 20-60 мин в водороде, затем на пленке кремния создают полупроводниковый прибор по стандартной технологии.