СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2010 года по МПК H01L21/263 

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

Известен способ изготовления полупроводниковой структуры с низкой дефектностью [пат. 4962051 США, МКИ H01L 21/265], за счет формирования промежуточного слоя легированного изовалентной примесью с последующим наращиванием эпитаксиального слоя полупроводника. В результате образуется большое количество дислокации несоответствия на границе раздела слой-подложка. При этом на границе раздела эпитаксиальный слой - слой легированный изовалентной примесью возникают дислокации несоответствия, которые геттерируют примеси и дефекты из эпитаксиального слоя. В таких полупроводниковых структурах образуются дополнительные механические напряжения, которые приводят к созданию дефектов и ухудшению электрофизических параметров структур.

Известен способ изготовления полупроводниковой структуры с низкой плотностью дислокации [пат. 5063166 США, МКИ H01L 21/265] путем имплантации двух зарядных ионов бора с энергией 350 кэВ с последующим быстрым термическим отжигом при 950°С в течение 25 с. В результате образуется слой с пониженной плотностью дислокации. На этом слое затем выращивается эпитаксиальный слой с пониженной плотностью дислокации, на котором в последующем создают активные области полупроводниковых приборов.

Недостатками этого способа являются:

- повышенная плотность дефектов в полупроводниковых структурах;

- повышенные токи утечки;

- низкая технологическая воспроизводимость.

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

Задача решается путем рекристаллизации аморфизированного слоя кремния электронными лучами, бомбардировкой одновременно обеих сторон кремниевой пластины, нижний луч обеспечивает равномерный нагрев до температуры 1100°С, а верхний луч сканирует поверхность пластины со скоростью 1-5 мм/с, с плотностью мощности 45÷55 Вт/см², вызывая локальное расплавление верхнего слоя кремния.

Рекристаллизация аморфизированного слоя кремния электронными лучами снижает дефектность в структурах и величину заряда на границе раздела кремний-диоксид кремния, обуславливая улучшение параметров структур.

Технология способа состоит в следующем: в исходные пластины кремния формируют изолирующий слой диоксида кремния имплантацией ионов кислорода при энергии 150÷200 кэВ с интегральной дозой 1,8·10¹⁸ см^-2. Затем проводят рекристаллизацию аморфизированного слоя кремния электронными лучами, бомбардировкой одновременно обеих сторон кремниевой пластины. Нижний луч обеспечивает равномерный нагрев до температуры 1100°С, а верхний луч сканирует поверхность пластины со скоростью 1-5 мм/с, с плотностью мощности 45÷55 Вт/см², вызывая локальное расплавление верхнего слоя кремния. Рекристаллизацию проводят в атмосфере аргона. По мере охлаждения пластин образуется высококачественный монокристаллический слой кремния, пригодный для формирования активных приборов по стандартной технологии.

По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы. Результаты обработки представлены в таблице 1.

Таблица 1 Параметры полупроводниковых структур, изготовленных по стандартной технологии Параметры полупроводниковых структур, изготовленных по предлагаемой технологии Ток утечки, I ут ·10¹³ А Плотность дефектов, см^-2 Ток утечки, I ут ·10¹³ А Плотность дефектов, см^-2 4,7 1,5·10⁴ 0,6 3,4·10² 4,5 1,8·10⁴ 0,4 4,6·10² 4,5 2,7·10⁴ 0,5 3,4·10² 5,3 1,2·10⁴ 0,1 1,1·10² 5,2 2,5·10⁴ 0,6 1,5·10² 5,7 1·10⁴ 0,7 0,7·10² 4,6 4,6·10⁴ 0,3 7,5·10² 4,9 3,5·10⁴ 0,6 2,2·10² 4,4 8·10⁴ 0,2 8,9·10² 4,9 2·10⁴ 0,4 2,1·10² 4,7 3,2·10⁴ 0,6 2,4·10² 5,4 1,7·10⁴ 0,7 1,9·10² 5,0 5·10⁴ 0,3 4,4·10²

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 20,5%.

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

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

Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем рекристаллизации аморфизированного слоя кремния электронными лучами, бомбардировкой одновременно обеих сторон кремниевой пластины, обеспечивая равномерный нагрев нижней стороны пластины до температуры 1100°С и сканируя поверхность пластины со скоростью 1-5 мм/с, с плотностью мощности 45÷55 Вт/см², вызывая локальное расплавление верхнего слоя кремния, позволяет повысить процент выхода годных приборов, улучшить их качество и надежность.

Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов. Сущность способа изготовления полупроводниковой структуры согласно изобретению заключается в том, что рекристаллизацию аморфизированного ионами кислорода слоя кремния проводят электронными лучами, причем бомбардировку электронами осуществляют одновременно с обеих сторон кремниевой пластины. Нижний неподвижный электронный луч обеспечивает равномерный нагрев до температуры 1100°С, а верхний электронный луч сканирует поверхность пластины со скоростью 1-5 мм/с, с плотностью мощности 45-55 Вт/см², вызывая локальное расплавление верхнего слоя кремния. Изобретение позволяет снизить плотность дефектов в полупроводниковых структурах, что обеспечивает улучшение параметров структур, повышение качества и увеличение процента выхода годных. 1 табл.

Способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий имплантацию ионов в кремниевую пластину и отжиг, отличающийся тем, что после имплантации ионов проводят рекристаллизацию аморфизированного слоя кремния электронными лучами бомбардировкой одновременно обеих сторон кремниевой пластины, нижний неподвижный луч обеспечивает равномерный нагрев до температуры 1100°С, а верхний электронный луч сканирует поверхность пластины со скоростью 1-5 мм/с, с плотностью мощности 45÷55 Вт/см², вызывая локальное расплавление верхнего слоя кремния, с последующим формированием на ней активных областей приборов по стандартной технологии.