СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ
METHOD OF MAKING SEMICONDUCTOR STRUCTURE

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур, с пониженной плотностью дефектов.
1-x
x
Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [Пат. 5013681 США, МКИ H01L 21/20] путем последовательного наращивания на поверхности первой кремниевой подложки слоя буферного кремния и Si Ge, используемого в качестве ограничителя травления. Затем проводятся операции эпитаксиального наращивания активного слоя кремния и окисления поверхности структуры с целью формирования верхнего слоя диоксида кремния. Первая подложка присоединяется с лицевой поверхностью к окисленной лицевой поверхности второй подложки кремния в процессе отжига в окислительной атмосфере при температуре 700-1000°С. Затем слой кремния второй подложки и буферный слой кремния удаляются. В таких полупроводниковых структурах из-за наличия неровностей и шероховатостей поверхности присоединяющих пластин образуются дефекты, которые ухудшают электрофизические параметры полупроводниковых структур.
Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [Пат. 4962051 США, МКИ H01L 21/265] путем формирования промежуточного слоя, легированного изовалентной примесью, имеющей отличный ковалентный радиус, от атома материала подложки, с последующим проведением процесса эпитаксиального наращивания слоя полупроводника и созданием активных областей приборов.
Недостатками этого способа являются:
- повышенная плотность дефектов в полупроводниковых структурах;
- образование механических напряжений;
- сложность технологического процесса.
Задача, решаемая изобретением: снижение плотности дефектов в полупроводниковых структурах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров структур, повышение качества и увеличение процента выхода годных.
15
-2
15
-2
13
-2
13
-2
Задача решается путем проведения процесса легирования протонами кремниевой подлодки сначала дозой 1·10 см с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10см с энергией 200 кэВ с последующим отжигом при температуре 400-500°С в течение 20-40 мин и имплантацией ионов азота в два этапа: сначала дозой 2,5·10см с энергией 60-100 кэВ, затем дозой 7,5·10 см с энергией 120-200 кэВ.
+
15
-2
15
-2
Технология способа состоит в следующем: в начале в подложке кремния n-типа проводимости формируют однородный высоколегированный слой n-типа проведением имплантации протонов сначала дозой 1·10 см с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10см с энергией 200 кэВ.
13
-2
13
-2
После имплантации подложки кремния отжигались в форминг-газе при температуре 400-500°С в течение 20-40 мин. Имплантированные протоны создают донорные состояния в подложке кремния и верхний слой становиться слоем с высокой концентрацией доноров. Затем, применяя фотолитографические процессы, создавали фоторезистивную маску и проводили имплантацию ионов азота в два этапа для формирования высокоомных областей: сначала имплантацию ионов азота проводили дозой 2,5·10см с энергией 60-100 кэВ, затем дозой 7,5·10 см с энергией 120-200 кэВ.
После удаления фоторезиста с помощью реакции анодирования формировали пористый кремний. Условия анодирования были выбраны таким образом, чтобы сформировать пористый кремний с пористостью 0,55, для снижения коробления пластин кремния при окислении.
Окисление пористого кремния проводили с использованием трехстадийного процесса. Первая стадия включала стабилизацию пор при температуре 300-400°С в сухом кислороде в течение 2 часов. Во второй фазе окисление проводилось в сухом кислороде при температуре 800-900°С в течение 2 часов. Последняя стадия заключалась в уплотнении окисла при температуре 1050-1150°С в атмосфере сухого кислорода в течение 40 мин. Затем формировали на верхнем слое кремния n-типа проводимости активные области полупроводникового прибора по стандартной технологии.
По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые структуры. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры п/п структур, изготовленных по стандартной технологии
Параметры п/п структур изготовленных по предлагаемой технологии
подвижность, см<sup>2</sup>/Вс
плотность дефектов, см<sup>-2</sup>
подвижность, см<sup>2</sup>/Вс
плотность дефектов, см<sup>-2</sup>
400
2·10<sup>4</sup>
620
4,2·10<sup>2</sup>
450
3·10<sup>4</sup>
600
7·10<sup>2</sup>
460
2·10<sup>4</sup>
600
4·10<sup>2</sup>
530
1·10<sup>4</sup>
570
1·10<sup>2</sup>
520
5·10<sup>4</sup>
700
5·10<sup>2</sup>
580
1·10<sup>4</sup>
730
7·10<sup>2</sup>
460
2·10<sup>4</sup>
600
5·10<sup>2</sup>
500
3·10<sup>4</sup>
660
2·10<sup>2</sup>
450
5·10<sup>4</sup>
600
6·10<sup>2</sup>
500
4·10<sup>4</sup>
635
3·10<sup>2</sup>
470
2·10<sup>4</sup>
610
4·10<sup>2</sup>
550
1,3·10<sup>4</sup>
700
9·10<sup>2</sup>
510
2·10<sup>4</sup>
670
4·10<sup>2</sup>
Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 21,5%.
Технический результат: снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров структур, повышение качества и увеличения процента выхода годных.
Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.
15
-2
15
-2
13
-2
13
-2
Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем проведения процесса легирования протонами кремниевой подложки сначала дозой 1·10 см с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10см с энергией 200 кэВ с последующим отжигом при температуре 400-500°С в течение 20-40 мин и имплантацией ионов азота в два этапа: дозой 2,5·10 см с энергией 60-100 кэВ и дозой 7,5·10 см с энергией 120-200 кэВ позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.