СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2015 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.5068695 США, МКИ H01L 29/161] путем выращивания эпитаксиального слоя с низкой плотностью дислокаций, за счет обработки подложки с высокой плотностью дислокаций ионами бора с энергией 350 кэВ, с последующим быстрым отжигом при температуре 900°C в течение 25 секунд для образования рекристаллизованного слоя с пониженной плотностью дислокаций. В таких полупроводниковых структурах из-за не технологичности процесса рекристаллизации образуется большое количество дислокаций, которые ухудшают параметры структур.

Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [Пат.4962051 США, МКИ H01L 21/265] путем формирования промежуточного слоя, легированного изовалентной примесью. Атомы изовалентной примеси имеют отличный ковалентный радиус от атомов материала подложки, в результате чего образуется большое количество дислокаций несоответствия на границе раздела слой-подложка. Затем проводится эпитаксиальное наращивание рабочего слоя полупроводника. При этом на границе раздела рабочий слой/слой, легированный изовалентной примесью, также возникают дислокации несоответствия, расположенные в плоскости границ раздела. Большое количество дислокаций геттерируют нежелательные примеси и дефекты из рабочего слоя, улучшая качество материала.

Недостатками способа являются:

- повышенная плотность дефектов в полупроводниковых структурах,

- образование механических напряжений;

- низкая технологичность.

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

Задача решается путем обработки структур кремний на сапфире с эпитаксиальным слоем кремния ионами водорода в инертной среде с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)·10¹⁵Н⁺/см² с последующим термическим отжигом при температуре 1000°C в течение 30-60 минут.

Технология способа состоит в следующем: в начале на сапфировой подложке наращивают пленку кремния толщиной 300 нм по стандартной технологии. В последующем структуры кремний на сапфире обрабатывают ионами водорода с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)10¹⁵Н⁺/см². Температура в процессе имплантации не превышала 50°C. Затем полученные структуры отжигались проведением высокотемпературного отжига при 1000°C в течение 30-60 минут в инертной атмосфере.

Улучшение структуры монокристаллического кремния связано с взаимодействием водорода с дефектами в области эпитаксиального слоя, прилегающего к границе раздела кремний-подложка. Наличие водорода в наиболее дефектном слое способствует диффузионному залечиванию дефектов и приводит к развалу промежуточных фаз алюмосиликатов вследствие высокого коэффициента диффузии комплекса ОН. Все это улучшает структуру слоя кремния, уменьшает число ловушек для носителей заряда вблизи границы раздела.

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

Таблица Параметры п/п структур, изготовленных по прототипу Параметры п/п структур, изготовленных по предлагаемой технологии № Плотность дефектов, см² Подвижность, см²/В·с Плотность дефектов, см^-2 Подвижность, см²/В·с 1 6,8·10⁴ 350 3,2·10² 510 2 4,2·10⁴ 380 2,0·10² 535 3 3,6·10⁴ 400 1,8·10² 590 4 4,8·10⁴ 370 2,4·10² 520 5 2,5·10⁴ 410 1,5·10² 600 6 6,1·10⁴ 355 3,3·10² 505 7 3,9·10⁴ 390 4,1·10² 560 8 1,5·10⁴ 420 1,2·10² 610 9 5,3·10⁴ 360 2,9·10² 515 10 3,0·10⁴ 405 1,6·10² 595 11 2,0·10⁴ 415 1,5·10² 605

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 19,5%.

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

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

Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем обработки кремний на сапфире ионами водорода с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)·10¹⁵H⁺/см², с последующим термическим отжигом при температуре 1000°С в инертной среде в течение 30-60 мин позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с пониженной плотностью дефектов. Задача решается путем обработки структур кремний на сапфире с эпитаксиальным слоем кремния ионами водорода в инертной среде с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)·10¹⁵H⁺/см² с последующим термическим отжигом при температуре 1000°С в течение 30-60 минут. Технический результат: снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров структур, повышение качества и увеличение процента выхода годных. 1 табл.

Способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий процессы эпитаксиального наращивания рабочего слоя полупроводника и легирования, отличающийся тем, что после формирования полупроводникового слоя кремния на сапфире структуру обрабатывают ионами водорода с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)·10¹⁵ H⁺/см² и в последующем проводят высокотемпературный термический отжиг в инертной атмосфере при температуре 1000°C в течение 30-60 мин.