СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН Российский патент 2016 года по МПК H01L21/22 

Изобретение относится к технике, связанной с процессами легирования и диффузии примесей в полупроводники, а именно к способам диффузионного перераспределения примеси с поверхности по глубине полупроводниковых пластин, и может быть использовано в производстве солнечных фотоэлементов, полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Известен наиболее распространенный способ легирования полупроводников для создания полупроводникового (р-n) перехода методом диффузии при нагревании пластины с нанесенным диффузантом в диффузионных термических установках (1).

Недостатком известного способа легирования полупроводников является большая продолжительность обработки, сложность оборудования и перепыление диффузантов в процессе технологической операции.

Известен способ легирования полупроводников методом ионной имплантации (2). Процесс относится к категории «сухих» технологий и позволяет создавать воспроизводимые слои. Однако имеются нарушения кристаллической структуры, аморфизации поверхностных слоев и повышенная стоимость технологии. Недостатком является сложность, громоздкость, а следовательно, высокая стоимость оборудования и обслуживания, радиационная опасность, повышенная опасность из-за высокого напряжения и токсичности используемых веществ.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ легирования (3), в котором на полупроводниковую подложку наносят тонкую пленку легирующего материала и обрабатывают мощными лазерными импульсами. После окончания импульса расплавленный слой начинает затвердевать со скоростями до 109 К/с. Скорость затвердевания зависит от мощности лазерного импульса и от температуры подогрева подложки. С помощью такой технологии удается создавать уровни легирования на уровне пределов растворимости или неравновесное легирование выше пределов растворимости.

Легирование происходит быстро. Лазерное легирование позволяет получить высокое качество полупроводникового (р-n) перехода и возможность селективного легирования. Однако до сих пор лазерное легирование не получило широкого распространения при изготовлении солнечных элементов из-за дорогой лазерной техники и необходимости дорогого ремонта и наладки оборудования.

Целью изобретения является создание способа легирования, который позволяет осуществлять экономически эффективное легирование (в том числе и селективное) с контролируемыми параметрами (р-n) перехода.

Указанная цель достигается тем, что в способе легирования, в котором на подложку наносят тонкую пленку легирующего материала и обрабатывают импульсами с большой плотностью энергии, создающими локальное проплавление материала и быстрое затвердевание, в качестве импульса с большой плотностью энергии используют электрические импульсы, а в качестве материала электрода, который обеспечивает подачу импульса на пластину, используют материал, в состав которого входят материал подложки и легирующая примесь.

Оборудование для реализации заявляемого способа

1. Установка для нанесения пленки легирующего материала.

2. Импульсный блок питания (импульсы длительностью от нескольких микросекунд и менее, с частотой 10-100 Гц).

3. Подогреваемое полированное основание для расположения пластины с возможностью двухкоординатного перемещения и сканирования пластины (или возможностью перемещения электрода в тех же направлениях).

4. Электрод (например, для легирования кремния бором), состоящий из кремния, сильно легированного бором). Электрод может быть выполнен как в виде заостренного стержня с острием 100-20 мкм, так и в виде круглого колеса с коническим заострением до размеров (100-20) мкм. Электрод выполнен с возможностью вертикального перемещения вверх-вниз и имеет подпружиненный контакт.

Осуществление предлагаемого способа. На пластину наносят пленку легирующего материала. Пластину помещают на металлическую основу. Подводят электрод, задают программу перемещения электрода по поверхности пластины и осуществляют сканирование. При каждом касании электрода пластины подается импульс. Подложка проплавляется и в течение десятков наносекунд затвердевает. Примесь в расплавленной зоне распределяется практически равномерно, что связано со скоростью диффузии примеси в жидкости, которая при данном режиме составляет величину порядка 10-4 см²/сек, и глубиной проплавления 0,1-0,3 мкм. Глубина проплавления и время затвердевания зависят от мощности импульса.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание (р-n) перехода в кремнии. Предлагаемая технология обладает рядом преимуществ перед аналогами:

1. Низкая себестоимость по сравнению с лазерным и диффузионным легированием;

2. Высокая производительность легирования (десятки секунд);

3. Резкая граница диффузионной зоны и возможность селективной диффузии.

Способ легирования был опробован на кремниевой подложке толщиной 180 мкм, предварительно легированной бором. На поверхность кремниевой подложки наносят соединение фосфора. Кремниевый электрод также легируют фосфором. При подаче электрических импульсов был создан полупроводниковый (р-n) переход, который обладает выпрямляющими и фотоэлектрическими свойствами.

Литература

1. Моряков О.С. Устройство и наладка оборудования для полупроводникового производства. М.: Высшая школа. 1976 г., стр. 101-110.

2. Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. М.: Металлургия, 1979 г., стр. 309-324.

3. Модифицирование и легирование поверхности лазерными ионными и электронными пучками. Под ред. Дж. Поута. М.: Машиностроение, 1987 г., стр. 183.

Изобретение относится к технологии, связанной с процессами легирования и диффузии примесей в полупроводники, а именно к способам диффузионного перераспределения примеси с поверхности по глубине полупроводниковых пластин, и может быть использовано в производстве солнечных фотоэлементов, полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. В способе легирования полупроводниковых пластин к подложке подводят электрод, содержащий легирующий материал, и обрабатывают электрическими импульсами с большой плотностью энергии. В месте контакта электрода материал подложки локально проплавляется и происходит легирование полупроводника материалом электрода. Время обработки материала не превышает нескольких микросекунд. Техническим результатом изобретения является низкая себестоимость, высокая производительность и получение резкой границы диффузионной зоны.

Способ легирования, в котором на подложку наносят тонкую пленку легирующего материала и обрабатывают импульсами с большой плотностью энергии, создающими локальное проплавление материала и быстрое затвердевание, отличающийся тем, что в качестве импульса с большой плотностью энергии используют электрические импульсы, а в качестве материала электрода, который обеспечивает подачу импульса на пластину, используют материал, в состав которого входят материал подложки и легирующая примесь.