СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРУКТУР ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК ТИПА АВ Советский патент 2006 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к микроэлектронике и может найти широкое применение в технологии полупроводниковых приборов при изготовлении структур диэлектрик-полупроводник преимущественно на тройных полупроводниковых соединениях Cd_x Hg_1-x Te, CdTe, Cd_x Hg_1-x Se, например Cd_x Hg_1-x Te (x=0,2-0,3), чувствительных к ИК-диапазону 8-14 мкм.

Подобные структуры могут использоваться в системах оптической связи, дистанционного зондирования, лазерной диагностики, системах космической связи, системах активного обнаружения и тепловидения.

Известен способ получения структур диэлектрик-полупроводник Cd_x Hg_1-x Te, основанный на использовании метода анодного окисления [1]. Способ включает анодирование полупроводниковой подложки Cd_x Hg_1-x Te (x=0,2-0,3) в режиме постоянного тока в электролите на основе КОН, этиленгликоля и воды. Электрофизические параметры МДП-структур, такие как плотность поверхностных состояний (N_ss), заряд в диэлектрике, гистерезис (C,V) - характеристики, во многом зависят от состава формируемого анодного окисла. Наличие большого количества окислов ртути в анодное окисле, формируемом на поверхности Cd_x Hg_1-x Te, препятствует получению МДП-структур высокого качества.

Вариации режимов анодного окисления и состав электролита не позволяют существенно уменьшить количество окислов ртути в диэлектрике из-за большого количества ртути в исходном полупроводнике Cd_x Hg_1-x Te с x=0,2-0,3.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления структур диэлектрик-тройной полупроводник типа А^IIB^VI, преимущественно Cd_x Hg_1-x Te, где x=0,2-0,5, включающий анодное окисление поверхности полупроводниковой пластины, в котором перед анодным окислением на поверхность полупроводника наносят эпитаксиальный слой Cd_x Hg_1-x Te с x=0,7-0,95 толщиной 0,1-0,2 мкм, после чего окисляют его на всю глубину [2].

Недостатком данного метода является то, что при эпитаксии из жидкой фазы полупроводниковых соединений Cd_x Hg_1-x Te трудно обеспечить планарность эпитаксиального слоя, требуемую для проведения последующих фотолитографических операций. Кроме того, в случае Cd_x Hg_1-x Te механическая обработка поверхности вызывает значительные трудности из-за повышенной их пластичности. Как известно, касание пинцетом и даже протирка поверхностей ватным тампоном вызывает микропластическую деформацию подобных материалов. Кроме того, получение тонких эпитаксиальных слоев (˜0,1-0,2 мкм) тройных полупроводниковых соединений типа Cd_x Hg_1-x Te вызывает значительные трудности при использовании традиционных методов эпитаксии. Проведение процесса эпитаксии требует дополнительного прогрева подложки, что может приводить к изменению содержания ртути в объеме подложки, вызывая изменение ее электрофизических параметров, например ширины запрещенной зоны и, как следствие, изменение диапазона спектральной чувствительности изготовленного прибора. Указанные недостатки снижают качество структур диэлектрик-полупроводник типа Cd_x Hg_1-x Te, а именно не обеспечивается планарность эпитаксиального слоя, не сохраняется состав твердого раствора, не обеспечиваются также требования по микропластической деформации приповерхностного объема полупроводника, что приводит к ухудшению электрофизических свойств структуры полупроводник A^IIB^VI - диэлектрик.

Целью данного изобретения является улучшение качества структур диэлектрик-полупроводник типа A^IIB^VI.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления структур диэлектрик-полупроводник типа А^IIВ^VI. преимущественно Cd_x Hg_1-x Te с x=0,2-0,3, включающем анодное окисление поверхности полупроводниковой пластины, перед анодным окислением приповерхностную область пластины подвергают ионному легированию до концентрации 10¹⁴-10¹⁶ см^-2 элементом второй группы периодической системы, порядковый номер которого не превышает наименьший порядковый номер элемента 2-ой группы, входящего в состав соединения А^IIB^VI, после чего легированный слой окисляют на всю глубину.

Известно [2], что окислы ртути в анодном окисле увеличивают плотность поверхностных состояний, величину встроенного заряда МДП-структур, т.е. снижают качество получаемых приборов. Пониженная концентрация ртути позволяет существенно уменьшить концентрацию образующихся при анодном окислении окислов ртути и тем самым улучшить электрофизические параметры формируемых МДП-структур. Известно также, что ширина запрещенной зоны элементов, а следовательно, и диэлектрические свойства окислов этих элементов, в пределах группы возрастает с уменьшением порядкового номера элемента. Так, например, ΔЕ_ZnO=3,46 эВ, ΔE_CdO=2,3 эВ, ΔE_HgO=1,5 эВ. Поэтому в случае Cd_x Hg_1-x Te имплантация ионов элемента второй группы периодической системы, например Zn, Cd, порядковый номер которого не превышает наименьшего порядкового номера элемента второй группы, входящего в состав соединения А^IIВ^VI, помимо снижения концентрации ртути в поверхностном слое пластины улучшает электрофизические свойства формируемого затем анодного окисла.

Глубина залегания имплантированных ионов в зависимости от их энергии составляет от 0,001 до нескольких микрон, что полностью перекрывает весь диапазон необходимых толщин диэлектрика (˜0,01-0,25 мкм), обусловленный приборными требованиями, и может при необходимости регулироваться энергией падающих ионов в процессе имплантации. Введение ионов примеси с поверхностной концентрацией менее 10¹⁴ см^-2 не вызывает заметного изменения свойств формируемого затем анодного окисла. Если же концентрация ионов превышает 10¹⁶ см^-2, то образующиеся при имплантации структурные дефекты ухудшают параметры создаваемых МДП-структур. При ионной имплантации тонкий слой, обогащенный элементом второй группы, формируется внутри подложки, тем самым полностью сохраняется планарность исходной подложки. Процесс ионной имплантации может осуществляться при комнатной или более низкой температуре, тем самым полностью сохраняется исходный состав подложки Cd_x Hg_1-x Te, что, в свою очередь, обеспечивает сохранение спектральной чувствительности формируемой на ее основе МДП-структуры.

Ионную имплантацию можно проводить локально на часть подложки, что в сочетании с низкой температурой ее проведения позволяет формировать на одной подложке, например, как матрицу фотоприемников на МДП-структурах, так и ее схему управления. Пример. Для проведения анодного окисления использовали электролит состава: 0,1 Н раствор КОН в этиленгликоле (9 ч.)+(1 H₂O ч). Контроль анодного окисления осуществляли по времени процесса, аналогично работе [2]. Толщина имплантированного слоя с концентрацией (3-7)·10¹⁵ см^-2 составляла 0,1-0,12 мкм. Ионная имплантация проводилась традиционными методами на установке типа "Везувий".

Параметры структур диэлектрик-полупроводник по предлагаемому способу в сравнении с прототипом приведены в таблице. Электрофизические параметры, приведенные в таблице, рассчитаны по стандартным методикам из вольт-фарадных кривых.

 № ппСпособ формирования структурыСостав Cd_x Hg_1-xTe, хИмплантированный ионПоверхностная концентрация имплантированного
иона, см^-2N_ss 10^-11
см^-2V_FB, BСпектральная чувствительность, мкмIИзвестный способ [2]0,2--2-102-96-82Предлагаемый способ0,21Cd8·10¹⁴0,5-3,58-143 0,28Cd9·10¹⁵4 0,21Cd5·10¹³3-9-"-5 0,26Cd4·10¹⁶6 0,23Zn5·10¹⁴1-4-"-7 0,26Zn8·10¹⁵8 0,24Zn6·10¹³2-8-"-9 0,22Zn5·10¹⁶

Из таблицы видно, что цель изобретения выполняется при достижении концентрации имплантированного иона в приповерхностную область полупроводника в диапазоне ˜10¹⁴ -10¹⁶ см^-2. Т.о., использование данного способа позволяет улучшить качество структур диэлектрик-полупроводник типа А^IIВ^VI, преимущественно Cd_x Hg_1-x Te c х=0,2-0,3, а именно улучшить электрофизические параметры формируемых МДП-структур (строчки №2,3; 6,7 в таблице), полностью сохранять планарность их поверхности в связи с отсутствием механических воздействий, а также исходный состав подложки, так как нет температурной обработки, обеспечивая тем самым сохранность спектральной чувствительности формируемых приборов, что предполагает возможность создания на одной подложке матрицы МДП-фотоприемников и схемы управления ею.

Кроме того, изменяя энергию ионов во время имплантации можно получить любой профиль распределения примеси и, следовательно, управлять свойствами изготавливаемой МДП-структуры.

Изобретение относится к микроэлектронике и может найти широкое применение в технологии полупроводниковых приборов при изготовлении структур диэлектрик полупроводник. Сущность: способ включает анодное окисление поверхности полупроводниковой пластины. При этом перед анодным окислением поверхность пластины подвергают ионному легированию до концентрации 10¹⁴-10¹⁶ см^-2 элементом второй группы периодической системы, порядковый номер которого не превышает наименьшего порядкового номера элемента второй группы, входящего в состав соединения А^IIB^VI, а анодное окисление проводят на глубину залегания легированного слоя. Технический результат: улучшение качества структур. 1 табл.

Способ изготовления структур диэлектрик - полупроводник типа А^IIВ^VI, преимущественно Cd_x Hg_1-x Tl, где х=0,2-0,3, включающий анодное окисление поверхности полупроводниковой пластины, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества структур, перед анодным окислением поверхность пластины подвергают ионному легированию до концентрации 10¹⁴-10¹⁶ см^-2 элементом второй группы периодической системы, порядковый номер которого не превышает наименьшего порядкового номера элемента второй группы, входящего в состав соединения А^II В^VI, а анодное окисление проводят на глубину залегания легированного слоя.