Способ изготовления полупроводниковых структур Советский патент 1977 года по МПК H01L21/265 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВБ1Х

СТРУКТУР

1

Изобретение относится к ионно-лучевой технологии изготовления полупроводниковых приборов, пассивированных изолирующим слое.м.

Известно, что в планарной технологии, в частности лри изготовлении кремниевых полупроводниковых элементов, стре.мятся защитить р-п переходы уже при возникновении при помощи изолирующих слоев на наружной поверхности в процессе их изготовления. Тем самым избегают нестабильностей полупроводниковых элементов, которые обусловлены средой, прежде всего влажными газами.

Как известно, ири планарной технологии наружную поверхность лолупроводниковаго кристаллического диска, чаще всего предварительно равномерно легированного, полностью покрывают слоем изолирующего материала 1. Слой изолирующего материала состоит в основном из окисла используемого полупроводникового материала, из окиси кремния. В этом изолирующем слое методом фотолитографии делают отверстия. Через эти отверстия в иолупроводниковый кристалл проводят диффузию легирующей примеси, которая обуславливает инверсию типа проводимости. Изолирующий слой при этой операции диффузионной маской. Легирующий материал проникает как в глубь кристаллического диска, так и в боковом направлении. Тем самым под изолирующим слоем образуется р-п переход. В процессе диффузии из газообразной фазы

возникает слой изолирующего материала BBiiде стекла. Для контактирования ILIII для последующей диффузии вновь вытравливают соответствующие отверстия. Для изготовлени5 сложных полупроводниковых структур необхс

ди.мо больщое число операций. 1 этому следу ет добавить, что расположение структур тре бует точной юстировки лри изготовлении отверстий. Кроме того, в этом способе проявляются

недостатки диффузионной технологии. Диффузионная обработка в окисляющей атмосфере ведет к уменьшению концентрации легирующей примеси на поверхности полупроводника и истощению легированных слоев полупроводника, например в результате перехода в окисел полупроводника. Так как подача диффузионного материала не может дозироваться в достаточной степени, то наблюдается невоспроизводимость отдельных полупроводниковых структур.

Известен способ введенпя легирующего материала в полупроводник с помощью ионного внедрения 2. Способ позиоля;: осуществлять легирование более точно и равномерно. В этом снособе в ка-шстве масок также нспользуются изолирующие слои.

Недостатком способа является то, что /;- /; нерехо;; из-за 1иря юли 1е1и1ого нисД()ен11я ионов и нсзначнтольно.го бокового рассеясиия во время ироникиовения логируЮПимо материала остается плохо защищенным.

Известен снособ нзготовления тюлупро15одниковых структур, нассивированных изолирующим слоем, включающий нанссеиис изол:грующаго .слоя «а полупроводникОВую лластниу, локальное внедрение ионов легирующей примеси в изолирующий слой, последующую диффузионную разгонку иримеси из изолирующего слоя в полунроводник и изготовление контактов 3. В этом сиособе р-п не 5еходы защищены уже в нроцессе их изготовления.

Недостатком этого сиособа является иеобходимость точной юстировки ирн изготовлении нескольких легированных слоев и контакгов к ним, что усложняет способ.

Целью изобретения является упрощение способа путем устранення онераиий точной юстировки.

Цель достигается тем, что внедрение ионов производят на глубину, соответствующую граничной области изолирующего слоя и полупроводника, а перед диффузионной разгонкой производят травление изолирующего слоя ,чо появления видимых углублений на облученных участках. (Эти углубления показывают место для последующего изготовления контактов).

Для изготовления контактных окон нроводят повторное внедрение ионов и повторное травление изолирующего слоя на всю его толщину.

В способе используются известные данные об ускорении травления изолирующих слоев, Б частности окисла кремния, облучением ионами.

Требуемые формы отверстий в изолирующих слоях изготавливаются по этому способу без дорогостоящих, например фотолитографических, способов получения масок для травления.

На фиг. 1-5 изображена .последовательность операций.

На подложку 1 нанесен эпитаксиальный слой 2, а сверху на него - защитный слой 3.

На фиг. 1 показано внедрение ионов 4 через отверстие 5 в маске 6 в область 7, расположенную на границе 9 защитного слоя 3 и эпитаксиального слоя 2, нанесенного на подложку 1. Над накопительной областью 7 остается нелегироваиная область 9 защитного сдоя.

На фиг. 2 - травление, в результате которого образуется углубление 10 в защитном слое 3.

На фиг. 3 - диффузионная разгоика и образование легированной области 11.

На фиг. 4 - вторичное облучение через огверстие 12 в маске 13 ионами 14 и образование легированной области 15.

На фиг. 5 - вторичное травление и удаление области 16 (контактных отверстий) защитного слоя.

Способ ос щест15ляется следукяци.м обр.а:«)м.

На л(,Г11роиа1 1ом (1)оводимость /г-тила) диске из СаЛзРк (подложке) 1 энитаксиальло осаждается слой GaAsP(2j с проводимоспло /г-тила и концентрацией доноров 2-10 атом/с.м . Зиитаксиальный слой 2 сплошь покрыт защитным слоем из окиси кремния толщиной 150 мкм. С начала внедряются ионы цинка с дозой 2-10° см- с энергией 150 КэВ. При этом образуется накопительный слой 7 из легирующего материала. Накопительный слой тянется до граничного слоя 8 между защитным слоем .3 иэпитаксиальным слое.м 2. Затем облученный диск без других травильных масок или им иодобных на 30 сек погружают в травильную ванну известного состава из плавиковой кислоты и фторида а.м.мония. 06лучеиные области слоя окиси кремния исчезают при этом быстрее, че.м необлученные, так что после указанного времени травления в облученных областях хорощо просматриваются углубления от 10 до 15 им (фиг. 2).

На следующе.м этапе (фиг. 3) травленые диски нагревают в течение 2 час в печи при температуре 850°С. Цри нагревании накопленный легирующий материал диффундирует в энитаксиальный слой 2. Образуется зона 11 с проводимостью р-типа с концентрацией 3-10 атом/см на поверхности с глубиной проникновения 1,3 мк.м в узких допусках. Затем диск Б травленых углублениях вторично облучается ионами при дозе 1,3-10 см- и энергии 200 КэВ. Ноны, проникающие в зону 11 с проводимостью р-типа, образуют область 15 с проводимостью р+ (фиг. 4).

В заключение диски травят еще раз. Нри этом дважды облученные области защитного слоя 3 удаляются быстрее. Травление продолжается до освобождения наружной поверхности 8 эпитаксиального слоя 2 (фиг. 5).

Цри это.м в защитном слое возникают над обогащенными областями 15 контактные отверстия 16.

В способе используется известное явление изменения скорости травления защитных, в частности оксидных, слоев после ионного внедрения. Скорость травления изолирующих слоев зависит от дозы и вида ионного луча и может меняться. Луч можно отклонять электрически.ми способами и облучать требуемые геометрические фигуры на изолирующем слое. Облучение наружной новерхности можно ограничить также лри помощи маски. Облученные области наружной поверхности удаляются быстрее, чем необлучениые.

Способ может использоваться при изготовлении транзисторных и диодных структур.

Для получения транзисторных структур сначала внедряются ионы нримеси, создающей инверсию проводимости в пластине полупроводника, а во второй операции внедрения используются ноны примеси, приводяшей к проводимости того же типа, что и исходная пластина.

В случае диодиых структур вторая операция внедрения используется для изготовления контактов. При этом внедряется примес), аналогичная первой, причем для xoponjero контактирования лучн1е всего применять ио:1ы металла.

В предлагаемом способе наружная поверхность полупроводника лри внедрении в накопительный слой легирующей -примеси все время закрыта защитной пленкой. Накопительный слой состоит из двух составляющих: изолирующего слоя и наружной части тела полупроводника. Максимум распределения концентрации расположен внутри полупроводникового кристалла. Глубина определяется энергией облучения.

Выбором энергии и дозировкой легирующего материала можно достигнуть значительной абсорбции концентрации примесей в защитном слое, тем самым сберегается тело полупроводника. Таким образом можно в дальнейщем .получать прецизионные источники легирующего материала с воспроизводимыми концентрациями легирующего материала в узких допусках, в частности выще границы растворимости в твердом теле. Способ используется независимо от скорости диффузии различных легирующих примесей.

Поскольку над накопительной областью существует нелегированная область, то в способе отсутствует истощение на наружной поверхности из-за обратной диффузии, так что это не вредит концентрации быстро диффундирующих легирующих материалов. Благодаря замкнутости изолирующего слоя избегают краевых эффектов, которые возникают на краях масок. Тер1мическое разложение и эрозионные явления на наружной поверхности чувствительного щирокоэкранного полупроводника устраняются. Этот момент существенен для получения равномерных фронтов р-п переходов.

Операции юстировки и экспозиции, связанные с обычными хемиграфическими процессами, которые должны осуществляться для травления диффузионных и контактных отверстий в маскировочных слоях, упрощаются или не нужны вовсе. Кроме того, упрощается процесс травления, так что даже незначительные неровности на наружной поверхности, которые делают невозможным изготовление тонких структур травления, теперь не создают помех. Так как в этом способе нет необходимости в лаковых масках, то значителычо уменьщаются проблемы, возникающие из-за травления окисных и нитридных слоев на краях.

Оптоэлектронные элементы, изготавливаемые по -предлагаемому способу, имеют целый ряд технологических -преимуществ.

Доступ нежелательных примесей, которые образуют глубокие центры в зонах пространствен-ных зарядов и в области инъекции, прекращен. Нежелательные центры, уже находя1циеся и теле полупроводника, могут быть удалены обычным образом при помощи геттерного поглощения. Благодаря это.му существенно уменьшается появление токов утечки и безизлучательных переходов.

Использование предлагаемого способа ни в коем случае не ограничивается -приведенным примером. При помощи различных легирующих материалов можно комбинировать изготовление различных полупроводниковых

структур. Для некоторых случаев применения выгодно лищь несущественно изменять положение и распределение внедренных легирующих примесей при нагревании.

Способ позволяет изготавливать улучщенные интегральные и оптоэлектронные элементы -без усложнения технологии, удовлетворяя растущим требованиям, предъявляемым к элементам с точки зрения легирующих материалов, центров рекомбинации, свойств защитных слоев и оптических поверхностей.

Способ пригоден в массовом производстве. Способ повыщает процент выхода элементов и уменьшает разброс пара-метров элементов.

Формула изобретения

изолирующий слой, последующую диффузио ную разгонку примеси из изолирующего слоя в полупроводник и изготовление контактов, отличаю-щийся тем, что, с целью упрощения способа, внедрение иопов производят на

глубину, соответствующую граничной области изолирующего слоя и полупроводника, а перед диффузионной разгонкой производят травление изолирующего слоя до появления видимых углублений.

Источники информации, -принятые во внимание при экспертизе

J iO Фиг.;

-T --4.

J--r/

I ; -

t t i у t у f ..-

, /j

t i /2