СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Советский патент 1994 года по МПК H01L21/26 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Известен способ легирования полупроводников, включающий нанесение на поверхность полупроводника легированных пленок окислов, сформированных в низкотемпературном процессе, и диффузионный отжиг при 800-1200^оС в атмосфере газа.

Недостатками этого способа легирования является необходимость проведения процесса при высокой температуре, что накладывает определенные ограничения на последовательность проведения всех технологических операций по созданию полупроводниковых приборов и интегральных микросхем; кроме того, требуется точное высокостабильное поддержание заданной температуры в процессе проведения диффузии.

Известен способ легирования полупроводников, включающий формирование на полупроводнике маскирующих слоев, внедрение примесных ионов, ускоренных до энергии более 10 кэВ, и отжиг радиационных дефектов, возникающих при торможении ионов в полупроводнике, при 500-1200^оС.

Недостатками этого способа легирования являются: невозможность введения примеси на глубину более 1 мкм, что лимитируется энергией бомбардирующих ионов; возникновение радиационных нарушений кристаллической решетки полупроводника, число которых растет с дозой внедренных ионов; невозможность одновременного введения двух примесей.

Известен способ легирования полупроводников, включающий нанесение на поверхность полупроводника источника примеси, размещение полупроводника примеси, размещение полупроводника на электрод-аноде, создание вакуума 10^-7 мм рт. ст. , подача водорода под давлением 10^-1 - 10^-2 мм рт. ст. при нагреве от 25 до 500^оС, приложение между электродами напряжения постоянного тока величиной около 2 кВ, положительный потенциал к аноду.

Недостатками известного способа легирования полупроводников являются невозможность введения примеси на большие глубины, возникновение радиационных нарушений кристаллической решетки полупроводника.

Цель изобретения - улучшение качества полупроводников за счет снижения дефектности их кристаллической решетки, обеспечения возможности введения примеси на любую глубину и взрывобезопасности способа.

Принципиальное отличие предлагаемого способа легирования полупроводника от известного заключается в различии физических явлений переноса примеси и создании дефектов, нарушений кристаллической решетки полупроводника.

В предлагаемом способе легирование полупроводников производится в результате воздействия электрического поля коронного разряда и температуры на источник примеси, нанесенной на поверхность полупроводника. Источник примеси наносится в виде пленки гидролизно-поликонденсационной двуокиси кремния с примесью, или в виде осажденной, напыленной пленки примеси, или другим способом.

Пленкообразующий раствор гидролизно-поликонденсационной двуокиси кремния готовят на основе тетраэтоксилана (тетраэтиловый эфир ортокремниевой кислоты) с простыми спиртами (этиловым спиртом), вводят азотнокислую соль или водный раствор кислоты, соответствующей примеси. После нанесения раствора на полупроводник и центрифугирования получают пленку, содержащую соответствующие азотнокислые соли или соответствующую кислоту, остатки спиртов и полимерные этоксигруппы. Формирование пленки завершают термодеструкцией. Термодеструкция сопровождается двумя параллельными процессами: разложением азотнокислых солей, кислоты и полимера, содержащего этоксигруппы, и образованием стекла.

Электрическое поле коронного разряда образуется в результате приложения напряжения, которое возникает после зажигания коронного разряда. После приложения напряжения происходит поляризация примеси, нанесенной на полупроводник, и образуются ионы примеси мелкого, глубокого уровней и редкоземельных металлов, которые начинают мигрировать к материалу полупроводника (кремний, германий и т. д. ) и проникать в него. С целью ускорения процесса миграции ионов примеси и внедрения в полупроводник на необходимую глубину производится нагрев до 300-800^оС.

П р и м е р 1. На кремниевую пластину (марка кремния КДБ-4.5, плоскость кристаллографической ориентации 100) методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую ангидрид диффузанта донора мелкого уровня - фосфора Р. Проводят термодеструкцию при 300^оС в течение 5 мин в атмосфере инертного газа. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 300^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 5 кВ и выдерживают в течение 1 ч. После этого отключают напряжение, снимают легированную пластину и удаляют обедненную легированную пленку.

П р и м е р 2. На кремниевую пластину (марка кремния КЭФ-10, плоскость кристаллографической ориентации 111) методом напыления наносят пленку примеси акцептора глубокого уровня индия. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 650^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 4 кВ и выдерживают в течение 5,5 ч. После этого отключают напряжение, снимают легированную пластину и стравливают с поверхности легированной пластины остатки пленки примеси.

П р и м е р 3. На кремниевую пластину (марка кремния КЭФ-7,5, плоскость кристаллографической ориентации 110) методом термического окисления создают маскирующий слой двуокиси кремния толщиной 0,8-1 мм, в котором методом фотолиграфии вскрывают окна схемы. Затем на пластину методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую ангидрид диффузанта редкоземельного металла - диспрозия Dу. Проводят термодеструкцию при 500^оС в течение 5 мин. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 800^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 4 кВ и выдерживают в течение 10 ч. После этого отключают напряжение и температуру, снимают легированную пластину.

П р и м е р 4. На кремниевую пластину (марка кремния КЭФ-4,5, плоскость кристаллографической ориентации 100) методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую ангидрид диффузантов акцептора мелкого уровня и акцептора мелкого уровня - галлия и бора Ga + B. Проводят термодеструкцию при 400^оС в течение 10 мин в атмосфере инертного газа. Методом фотолитографии формируют рисунок схемы. После травления остаются только участки для легирования, представляющие собой островки. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 600^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 2,35 кВ и выдерживают в течение 2 ч. После этого отключают напряжение, снимают легированную пластину и удаляют обедненную легированную пленку.

П р и м е р 5. На кремниевую пластину (марка кремния КЭФ-7,5, плоскость кристаллографической ориентации 110) методом термического окисления создают маскирующий слой кремния толщиной 0,8-1 мм, в котором методом фотолитографии вскрывают окна схемы. Затем на пластину методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую ангидрид диффузантов редкоземельного металла и акцептора мелкого уровня - диспрозия и бора Dу + B. Проводят термодеструкцию при 500^оС в течение 5 мин. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 450^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 2.35 кВ и выдерживают в течение 5 ч. После этого отключают напряжение, снимают легированную пластину.

Использование предлагаемого способа легирования полупроводников обеспечивает, по сравнению с существующими способа, следующие преимущества: возможность получения воспроизводимой любой глубины р-n-перехода; формирование воспроизводимых легированных областей с различной поверхностной концентрацией, как с низкой поверхностной концентрацией примеси, так и с максимальной концентрацией; меньшее количество дефектов в легированном слое; отсутствие радиационных дефектов; контроль концентрации примеси в легированном слое и его глубины путем регулирования толщины пленки на поверхности полупроводника и концентрации примесей в ней, а также величины приложенного напряжения постоянного тока, температуры и продолжительности легирования; расширение возможности применения источников примеси, например гидролизно-поликонденсационной двуокиси кремния; упрощение технологии легирования и сокращение времени процесса, так как отпадает необходимость создания вакуума, подачи водорода; взрывобезопасность способа легирования, так как отсутствует водород.

Скорость генерации дефектов для введения примеси определяется величиной приложенного напряжения постоянного тока и температурой, но основную роль играет напряжение. (56) Лабунов В. А. , Борисенко В. Е. Современные методы легирования полупроводников и перспективы их развития. - Зарубежная электронная техника, 1977, вып. 13(159). М. : ЦНИИ "Электроника".

Козловский В. В. , Ломасов В. Н. Радиационно-стимулированная диффузия примесей в полупроводниках. Обзоры по электронной технике, серия 7. Технология, организация производства и оборудование, 1985, вып. 9 (1109), М. : ЦНИИ "Электроника".

Патент США N 4331486, кл. Н 01 L 21/263, 1982.

Использование: технология изготовления полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: на кремниевую пластину наносят источник примеси, помещают пластину на плоский электрод, нагревают пластину до 300 - 800С и проводят обработку пластины коронным разрядом в течение времени, необходимого для получения требуемой глубины легирования.

СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, включающий нанесение на поверхность полупроводника источника примеси, размещение полупроводника на одном электроде, нагревание полупроводника, приложение между электродами напряжения постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества полупроводников за счет снижения дефектности их кристаллической решетки, обеспечения возможности введения примеси на любую глубину и взрывобезопасности способа, полупроводник размещают на плоском электроде, нагревание осуществляют до 300 - 800^oС, напряжение прикладывают в течение времени, необходимого для получения требуемой глубины легирования, а величину напряжения выбирают из условия обеспечения зажигания коронного заряда.