СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР Советский патент 1996 года по МПК H01L21/24 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к технологии изготовления многослойных составных полупроводниковых структур, и может быть использовано при изготовлении мощных высоковольтных полупроводниковых приборов (биполярных и МДП-транзисторов, тиристоров, варакторов, диодов и т.д.).

Целью предлагаемого изобретения является повышение выхода годных структур за счет повышения сплошности соединительного слоя и снижения механических напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления многослойных кремниевых структур, включающем нанесение на поверхность по крайней мере одной из двух пластин слоя тугоплавкого металла, а на поверхность второй пластины слоя полупроводникового материала, размещение одной пластины на другой нанесенными слоями навстречу друг другу, проведение термообработки и утоньшение сформированной структуры, в качестве полупроводникового материала наносят слой германия, причем толщина вышеназванного слоя германия составляет 0,03-1,0 мкм.

Суть изобретения заключается в следующем: во-первых, германий, так же как и кремний, взаимодействует с тугоплавкими металлами, но при более низких температурах с образованием соответствующих германидов. Во-вторых, в тройной системе образуется непрерывный ряд твердых растворов, и, в третьих, германий и кремний также образуют непрерывный ряд твердых растворов. При этом образующиеся тройные соединения по КТР ближе к кремнию, чем силициды. По-видимому, существует оптимум по согласованию, однако в виду отсутствия справочных величин по тройным растворам, толщины напыленных слоев и их соотношение нами было подобраны экспериментально. При термообработке выше температуры плавления германия 940^оС, очевидно, первоначально образуется жидкая фаза, которая взаимодействует как с тугоплавким металлом, так и с кремнием, причем в этом случае практически полностью устраняются пустоты, которые возможны при контактировании пластин за счет их изгиба и отклонения от плоскопараллельности.

Сформированный в результате термообработки промежуточный слой (шов) надежно соединяет механически кремниевые пластины между собой и является хорошим проводником (по сравнению с кремнием). Надежность соединения сохраняется при последующих термообработках и резке на отдельные кристаллы за счет меньших механических напряжений в структуре и более высокой сплошности шва, чем в случае соединения пластин силицидами.

При толщине слоя германия менее 0,03 мкм выход годных структур снижается, на структурах после резки видны трещины и сколы. По-видимому, вследствие недостатка (по массе) германия в структуре нет сплошного промежуточного слоя.

Увеличение толщины слоя германия более 1 мкм возможно, однако не дает каких-либо дополнительных преимуществ, в то время как длительность термообработки увеличивается. Кроме того, при механическом утоньшении одной из пластин в этом случае также наблюдается увеличение количества трещин и сколов, возможно, вследствие возрастания механических напряжений в структуре.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано согласно следующих примеров.

П р и м е р 1. Кремниевые полупроводниковые структуры р⁺-n-типа изготовлены следующим образом.

Исходными являлись пластины монокристаллического кремния КДБ-0,01 и КДБ-20, ориентированные в плоскости (100), диаметр пластин 60 мм, толщина 350-400 мкм. Пластины проходили стандартную подготовку поверхности в перекисно-аммиачном растворе, после чего на поверхность одной из пластин напыляли слой тугоплавкого металла (Тi, толщина 0,05), а на поверхность другой слой германия (Ge, толщина 1,0). Пластины р⁺ и р^- складывали в столбик попарно, напыленными слоями навстречу друг другу, а размещали в цилиндрический кварцевый реактор печи СДО-3/125 и проводили термообработку при температуре 1000^оС в течение 1 ч в атмосфере формиргаза (смесь аргона и водорода). Для оценки качества полученных структур после термообработки изготавливали тест-структуры (n+-p-диоды):
высокоомную р-пластину утоньшали до толщины 50 мкм;
на ее поверхности термическим окислением формировали маскирующий слой SiO₂, в котором методом фотолитографии вскрывали окна под диффузию донорной примеси;
проводили локальную диффузию фосфора и изготавливали планарные n⁺-р-переходы площадью 0,5 мм² (диаметр окна 0,8 мкм).

При диффузии (загонке) фосфора температура равнялась 1050^оС, время 30 мин, толщина маскирующего слоя SiO₂ 0,5 мкм, затем проводили вторую стадию (разгонку) фосфора на глубину около 5 мкм (Т 1200^оС, τ 40 мин). С целью снижения токов утечки диодов вокруг n⁺ областей создавались диффузией (загонкой) бора охранные р⁺-кольца шириной 30 мкм и диаметром 900 мкм. Загонка бора осуществлялась при температуре 1000^оС в течение 30 мин. На сформированных таким образом диодных структурах проводили электрические измерения токов утечки и напряжения пробоя, что характеризует качество полупроводниковых структур. Напряжение пробоя полученных n⁺-p-диодов превышает 200 В, их токи утечки менее 1 мкА.

П р и м е р 2. Полупроводниковая структура и тестовые диоды изготавливались аналогично описанным в примере 1, но толщина слоя германия составляла 0,5 мкм. Результаты испытаний тестовых структур не отличаются от приведенных в примере 1.

П р и м е р 3. Полупроводниковая структура и тестовые диоды изготавливались аналогично описанным в примере 1, но толщина слоя германия составляла 0,1 мкм. Результаты испытаний не отличались от приведенных в примере 1.

П р и м е р 4. Полупроводниковая структура и тестовые диоды изготавливали в соответствии с технологией, описанной в примере 1, то толщина слоя германия составляла 0,02 мкм. Наблюдается уменьшение выхода годных структур вследствие отслаивания пластин и возрастание токов утечки тестовых структур из-за увеличения количества сколов путем механического утоньшения высокоомной пластины.

П р и м е р 5. Полупроводниковая структура и тестовые диоды изготавливали аналогично описанным в примере 1, но толщина германия составляла 1,5 мкм. Наблюдалось уменьшение выхода годных структур в процессе механического утоньшения высокоомных пластин.

Полупроводниковые кремниевые структуры, изготовленные с использованием предлагаемого метода, имеют следующие электрофизические характеристики:
удельное объемное сопротивление соединительного слоя не превышает величины ρ 1 Ом·см;
двухслойные кремниевые структуры выдерживают без возникновения трещин термообработку при температуре 1200^оС и термоударе при резком уменьшении температуры (вытягивании из горячей зоны печи);
при механическом утоньшении одной из пластин или колов на утоньшенной пластине, что свидетельствует об отсутствии высоких механических напряжений в структурах и высокой сплошности соединительного слоя;
электрические характеристики тестовых планарных n⁺-р-диодов, изготовленных в утоньшенной высокоомной пластине, не отличаются от характеристик диодов, изготовленных в однослойной пластине.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать полупроводниковые кремниевые структуры, пригодные для формирования мощных полупроводниковых приборов и обеспечивает положительный эффект за счет хорошей сплошности соединительного слоя и снижения механических напряжений.

Использование: микроэлектроника, технология изготовления полупроводниковых структур для снижения механических напряжений в структурах. Сущность изобретения: способ изготовления кремниевых полупроводниковых структур включает формирование на поверхности по крайней мере одной из двух кремниевых пластин слоя тугоплавкого металла, а на поверхности другой пластины слоя полупроводникового материала, размещение одной пластины на другой нанесенными слоями навстречу друг другу, проведение термообработки и утонение сформированной структуры. В качестве полупроводникового материала используют германий, причем толщина слоя составляет 0,03 - 0,20 мкм, а толщина слоя тугоплавкого металла не менее 0,05 мкм.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР, включающий нанесение на поверхность по крайней мере одной из двух пластин слоя тугоплавкого металла, а на поверхность второй пластины слоя полупроводникового материала, размещение одной пластины на другой нанесенными слоями навстречу друг другу, проведение термообработки и утонение сформированной структуры, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных структур за счет повышения сплошности соединительного слоя и снижения механических напряжений, в качестве полупроводникового материала наносят слой германия толщиной 0,03 - 1,0 мкм.