Способ изготовления р-п переходов Советский патент 1981 года по МПК H01L21/04 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ р-п-ПЕРЕХОДОВ

1

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении р-п- переходов в полупроводниковых приборах.

В современной технологии производства полупроводниковых приборов известны следующие методы изготовления стабильных резких р-п-переходов в полупроводниковых материалах с примесной проводимостью: введение примесей в расплав во время вытягивания из расплава с постоянной скоростью; изменение по определенной программе скорости роста кристаллов из расплава, который содержит акцепторные или донорные примеси.

Эти способы сложны в реализации, так как включают ряд точных и трудоемких процессов, таких как систему регулирования вытягивания кристалла систему регулирования температуЕ ы, систем перемешивания и питания расплава .

Известен также способ изготовления резких р-п- переходов путем перераспределения примесей при плавлении кристалла и кристаллизации расплавленной зоны в процессе медленного охлаждения. Получение резкого q-n- . перехода обусловлено наличием резкого градиента примеси в расплаве и твердой фазе. .

Однако такой способ требует.сложной термической обработки и предусматривает проведение механических операций (резку, шлифовку, очистку поверхности) после изготовления р-п-переходов.

Нагрев полупроводниковых соеди0нений А с примесной проводимостью во время плавл ения существенно изменяет их электрические сво йства, а механическая обработка готовых р-п-переходов в силу физических

5 свойств этих соединений (хрупкости) ухудшает качество изготовляемых переходов.

Наиболее близким техническим ре0шением к изобретению является способ изготовления р-п-переходов путем расплава поверхностного слоя полупроводникового материала импульсами лазерного излучения с последующей

5 рекристаллизацией расплава охлаждением .

В известном способе на поверхностный слой может быть нанесен легирующий материсш в виде полупро0 .водниковой металлической пленки или

соединений Олементов, содержащих легирующий материал.

Недостатком такого способа является малая стабильность получаемых р-п-переходов.

Цель изобретения - получение стабильных резких р-п-переходов в полупроводниковых монокристаллических пластинах с примесной проводимостью либо в собственнодефектных полупроводниковых пластинах.

Цель изобретения достигается тем что расплав поверхностного слоя производят импульсами лазерного „ излучения с энергией 0,1-0,5 Дж/мм длительностью 2-9 мс, а охлаждение расплава производят со скоростью 10-104 град/с.

Идеально резкий стабильный р-ппереход образуется на поверхности раздела фаз в месте начала рекристализации. Лазерное излучение, поглощаясь поверхностнйм слоем полупроводника, приводит к сильному нагрев и расплаву этого слоя. Скорость расплава освещенной части полупроводника импульсом излучения с плотностью энергии Е 0,1-0,5 Дж/мм и длительностью t 2-9 мс превышает V 10 - 10 град/с, что создает такой градиент температуры,при котором расплав граничит с практичеки холодным исходным кристаллом., Скорость расплава можно увеличить, модулируя добротность,лазерного излучения, и довести до 10° град/с, при этом градиент температуры составляет до 10 град/с .

Быстрое, со скоростью V 10 10 град/с, охлаждение расплава .сопровождается рекристаллизацией и фиксацией резких градиентов концентраций примеси в исходной и рекристаллизованной частях полупроводника . Применение лазеров с модулированой добротностью позволяет получить скорость охлё1ждения до 10® град/с.

Эти особенности не имеют аналоги ни в одном известном способе и обуславливают полное сохранение элетрических свойств исходных полупроводниковых материалов при идеальной резкости р-п-переходов.

Кроме того, операцию изготовления р-п-переходов производят на подготовленных, вырезанных и от1Ш1Ифованных монокристаллах, что исключет механическую обработку готовых р-п-переходов.

Особенностью данного изобретения является также возможность применением диафрагм и изменением параметров излучения (плотность энергии, длительность импульса) изготовлять р-п-переходы сложной конфигурации с различной глубиной залегания переходов и различными электрическими характеристиками.

Кроме того, образование р-п-переходов производят в обычных условиях окружающей среды, что существенно упрощает технологию изготовления.

На фиг. 1 показана схема, поясняющая предлагаемый способ; на фиг. 2 - вольт-амперные характеристики р-п-переходов, изготовленных предлагаемым способом при различных параметрах излучения (характеристики снимались при температуре 77 К) .

Установка состоит из лазера 1,полупроводникового кристалла 2, измерителя 3 энергии лазерного излучения, фотоэлемента 4 и осциллографа 5.

Импульс лазерного излучения, генерируемый лазером 1, направляли на пластинку полупроводника 2. Мощность излучения контролировали измерителем 3 энергии излучения. Длительность импульса измерялась при помощи фотоэлемента 4 и осциллографа 5 .

, Пример. Изготавливали р-ппереходы путем расплава поверхностного слоя монокристаллаРЬ х Sf, Те п-типа излучением неодимового лазера, После воздействия светового импульса с плотностью энергии Е 0,2 Дж/мм Иддлительностью t 2 мс расплавленная и рекристаллизованная часть кристалла изменяла свою проводимость с п-типа на р-тип. Для этого случая наблюдалось слабое выпрямление (см,фиг., кривая 1),. Наиболее хорошие р-п-переходы образуются при облучении кристалла плотностью энергии Е 0,4 Дж/мм и длительностью 4-7 мс (см.фиг.2,кривая 2). При плотности энергии излучения Е 0,5 Дж/мм и выше образование р-п-перехода сопровождается сильным растрескиванием и разрушением кристалла (см.фиг.2,кривая 3).

Характеристики снимались при температуре 77 К.

Использование данного способа получения р-п-переходов путем расплава поверхностного слоя полупроводника лазерным излучением обеспечит по сравнению.с существующими способами следующие преимущества:

1- улучшение электрических свойств переходов, обусловленное резкостью и качеством областей с разной проводимостью, повышение их надежности и долговечности;

-упрощение технологии изготовления стабильных резких р-п-переходов в монокристаллах с примесной проводимостью или собственнодефектных кристаллах и в то же время улучшение их параметров;

-повышение количества и качества производимых приборов за счет обхода

5 термической технологии;