Способ изготовления полупроводниковой структуры Российский патент 2018 года по МПК H01L21/20 

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии получения кремниевых пленок на сапфире с пониженной дефектностью.

Известен способ формирования полупроводниковой структуры [Заявка №2248556 Великобритания, МКИ C23C 14/24] выращиванием посредством молекулярно лучевой эпитаксии полупроводниковых соединений GaAs на подложках Si или GaAs. Для формирования пленок используют газообразные вещества, например хлориды, бромиды или фториды Ga или In, а также PH3 или AsH3, очищенные от углерода C. Для проведения процесса обеспечивается давление 1,33*10^-8 Па, нагрев подложки до 650°C. В таких полупроводниковых структурах из-за нетехнологичности процесса имплантации образуется большое количество дефектов, которые ухудшают параметры приборов.

Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [Заявка №2165820 Япония, МКИ H01L 21/20] выращиванием полупроводниковых тонких пленок для создания структур кремний на сапфире. Для этого аморфную кремниевую пленку приводят в контакт с плоским графитовым основанием, содержащим на своей поверхности точечные выступы, которые располагаются на фиксированном расстоянии друг от друга. После этого структуру подвергают отжигу при температуре 500-700°C для роста твердой фазы. Кристаллические зерна растут в двух противоположных направлениях, соприкасаются друг с другом, в результате чего образуются проводящие границы между зернами. Затем структура окисляется. Графитовое основание выполняет функции затравки для твердофазного роста.

Недостатками способа являются:

- высокие значения токов утечек;

- высокая дефектность;

- низкая технологичность.

Задача, решаемая изобретением: снижение токов утечек, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличение процента выхода годных.

Задача решается путем формирования на сапфировой подложке кремниевой пленки n+-слоя, с последующим наращиванием слоя n кремния после проведения отжига подложек в водороде в течение 2 часов при температуре 1250°C.

Технология способа состоит в следующем: сапфировую подложку отжигают в атмосфере водорода в течение 2 часов при температуре 1250°C для улучшения поверхности. Затем пленка кремния наращивается пиролизом силана в атмосфере водорода при температуре 1000-1030°C в два этапа: сначала выращивают n+-слой кремния, легированный из PH₃, с концентрацией примеси 10²⁰ см^-3, со скоростью роста 5 мкм/мин, затем наращивают n-слой кремния, легированный AsH₃, с концентрацией примеси 4*10¹⁵ см^-3, со скоростью роста 2,3 мкм/мин, с последующим термическим отжигом при температуре 600°C в течение 15 минут в атмосфере водорода. Затем формируют n-канальные полевые транзисторы и электроды стока, истока и затвора по стандартной технологии.

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

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых приборов на партии пластин сформированных в оптимальном режиме увеличился на 12,8%.

Технический результат: снижение токов утечек, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, 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 формирования на сапфировой подложке кремниевой пленки n+-слоя с последующим наращиванием слоя n кремния, после проведения отжига подложек в водороде в течение 2 часов при температуре 1250°C позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии получения кремниевых пленок на сапфире с пониженной дефектностью. В способе изготовления полупроводниковой структуры проводят отжиг подложки в атмосфере водорода в течение 2 часов при температуре 1250°C с последующим наращиванием пленок кремния пиролизом силана в атмосфере водорода при температуре 1000-1030°C в два этапа: сначала выращивают n+-слой кремния, легированный из PH₃, с концентрацией примеси 10²⁰ см^-3, со скоростью роста 5 мкм/мин, затем наращивают n-слой кремния, легированный AsH₃, с концентрацией примеси 4*10¹⁵ см^-3, со скоростью роста 2,3 мкм/мин, с последующим термическим отжигом при температуре 600°C в течение 15 минут в атмосфере водорода. Затем формируют n-канальные полевые транзисторы и электроды стока, истока и затвора по стандартной технологии. Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность. 1 табл.

Способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий подложку, процессы выращивания полупроводниковых пленок и отжига, отличающийся тем, что проводят отжиг подложки в водороде при температуре 1250°С в течение 2 часов с последующим наращиванием пленок кремния пиролизом силана в атмосфере водорода при температуре 1000-1030°С в два этапа: сначала выращивают n+-слой кремния, легированный из РН₃, с концентрацией примеси 10²⁰ см^-3 и со скоростью роста 5 мкм/мин, затем наращивают n-слой кремния, легированный AsH₃, с концентрацией примеси 4*10¹⁵ см^-3, со скоростью роста 2,3 мкм/мин, с последующим термическим отжигом при температуре 600°С в течение 15 минут в атмосфере водорода.