СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2012 года по МПК H01L21/265 

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 поверхности присоединяющих пластин образуются дефекты, которые ухудшают электрофизические параметры полупроводниковых структур.

Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [Пат. 4962051 США, МКИ H01L 21/265] путем формирования промежуточного слоя, легированного изовалентной примесью, имеющей отличный ковалентный радиус, от атома материала подложки, с последующим проведением процесса эпитаксиального наращивания слоя полупроводника и созданием активных областей приборов.

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 проведения процесса легирования протонами кремниевой подлодки сначала дозой 1·10¹⁵ см^-2 с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10¹⁵ см^-2 с энергией 200 кэВ с последующим отжигом при температуре 400-500°С в течение 20-40 мин и имплантацией ионов азота в два этапа: сначала дозой 2,5·10¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ, затем дозой 7,5·10¹³ см^-2 с энергией 120-200 кэВ.

Технология способа состоит в следующем: в начале в подложке кремния n-типа проводимости формируют однородный высоколегированный слой n⁺-типа проведением имплантации протонов сначала дозой 1·10¹⁵ см^-2 с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10¹⁵ см^-2 с энергией 200 кэВ.

После имплантации подложки кремния отжигались в форминг-газе при температуре 400-500°С в течение 20-40 мин. Имплантированные протоны создают донорные состояния в подложке кремния и верхний слой становиться слоем с высокой концентрацией доноров. Затем, применяя фотолитографические процессы, создавали фоторезистивную маску и проводили имплантацию ионов азота в два этапа для формирования высокоомных областей: сначала имплантацию ионов азота проводили дозой 2,5·10¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ, затем дозой 7,5·10¹³ см^-2 с энергией 120-200 кэВ.

После удаления фоторезиста с помощью реакции анодирования формировали пористый кремний. Условия анодирования были выбраны таким образом, чтобы сформировать пористый кремний с пористостью 0,55, для снижения коробления пластин кремния при окислении.

Окисление пористого кремния проводили с использованием трехстадийного процесса. Первая стадия включала стабилизацию пор при температуре 300-400°С в сухом кислороде в течение 2 часов. Во второй фазе окисление проводилось в сухом кислороде при температуре 800-900°С в течение 2 часов. Последняя стадия заключалась в уплотнении окисла при температуре 1050-1150°С в атмосфере сухого кислорода в течение 40 мин. Затем формировали на верхнем слое кремния n-типа проводимости активные области полупроводникового прибора по стандартной технологии.

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

Таблица 1 Параметры п/п структур, изготовленных по стандартной технологии Параметры п/п структур изготовленных по предлагаемой технологии подвижность, см²/Вс плотность дефектов, см^-2 подвижность, см²/Вс плотность дефектов, см^-2 400 2·10⁴ 620 4,2·10² 450 3·10⁴ 600 7·10² 460 2·10⁴ 600 4·10² 530 1·10⁴ 570 1·10² 520 5·10⁴ 700 5·10² 580 1·10⁴ 730 7·10² 460 2·10⁴ 600 5·10² 500 3·10⁴ 660 2·10² 450 5·10⁴ 600 6·10² 500 4·10⁴ 635 3·10² 470 2·10⁴ 610 4·10² 550 1,3·10⁴ 700 9·10² 510 2·10⁴ 670 4·10²

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 21,5%.

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

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

Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем проведения процесса легирования протонами кремниевой подложки сначала дозой 1·10¹⁵ см^-2 с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10¹⁵ см^-2 с энергией 200 кэВ с последующим отжигом при температуре 400-500°С в течение 20-40 мин и имплантацией ионов азота в два этапа: дозой 2,5·10¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ и дозой 7,5·10¹³ см^-2 с энергией 120-200 кэВ позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.

Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов. Технический результат изобретения - снижение плотности дефектов в полупроводниковых структурах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров структур, повышение качества и увеличение процента выхода годных. Сущность изобретения: полупроводниковую структуру формируют путем проведения процесса легирования протонами кремниевой подложки сначала дозой 1·10¹⁵ см^-2 с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10¹⁵ см^-2 с энергией 200 кэВ с последующим отжигом при температуре 400-500°С в течение 20-40 мин и имплантацией ионов азота в два этапа: дозой 2,5·10¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ и дозой 7,5·10¹³ см^-2 с энергией 120-200 кэВ. 1 табл.

Способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий подложку и процессы легирования, отличающийся тем, что полупроводниковую структуру формируют легированием протонами кремниевой подложки сначала дозой 1·10¹⁵ см^-2 с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10¹⁵ см^-2 с энергией 200 кэВ с последующим отжигом при температуре 400-500°С в течение 20-40 мин и имплантацией ионов азота в два этапа: дозой 2,5·10¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ и дозой 7,5·10¹³ см^-2 с энергией 120-200 кэВ.