СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ
METHOD OF PREPARING 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 на поверхности присоединяющих пластин образуются дефекты, которые ухудшают электрофизические параметры полупроводниковых структур.
Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [заявка 1246851 Япония, МКИ H01L 21/94] путем нанесения на поверхность основания из молибдена и кремниевой пластины слоя диоксида кремния, методом термического окисления во втором случае или методом химического осаждения из газовой фазы в первом случае. Затем кремниевую пластину и молибденовое основание, обращенные друг к другу слоем диоксида кремния, приводят в контакт и склеивают. Последующей шлифовкой и полировкой кремниевой пластины с тыльной стороны добиваются получения поверхности требуемого класса обработки.
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.
2
2
Задача решается путем формирования двухслойного пористого кремния с различной плотностью. Слой пористого кремния, находящегося ближе к поверхности, формируется при плотности тока 30 mA/см, затем плотность тока увеличивается до 45 mA/см и формируется второй слой пористого кремния с другой пористостью. Верхний слой содержит поры размером в 2-8 нм, второй слой содержит поры размером на 2 порядка больше.
Формирование двухслойного пористого кремния с различной плотностью по слоям снижает дефектность в структурах и величину заряда на границе раздела кремний-пористый кремний за счет снижения механических напряжений, обеспечивая улучшения параметров структур.
+
+
2
2
Технология способа состоит в следующем: в начале на подложке n типа проводимости формируют слой n типа проводимости, затем наращивают эпитаксиальный слой n типа. В последующем n скрытый слой превращают в пористый кремний путем его селективного анодирования на основе фтористоводородной кислоты. Далее проводится термическое окисление пористого кремния и в структурах формируют транзисторы. В результате пористого анодирования структур кремния и последующего термического окисления пористого кремния получаются полностью изолированные островки кремния. Окисление проводят в трехстадийном режиме: 300-400°С в течение одного часа в сухом кислороде; 800-900°С в течение двух часов в сухом кислороде; 1000-1100°С в течении одного часа во влажном кислороде. Анодизация приводит к протеканию тока через раствор фтористоводородной кислоты и кремниевую пластину. При этом формируются микроскопические поры. Изменяя плотность тока, создаем слои пористого кремния различной плотности. При плотности тока 30 mA/см формируем слой пористого кремния, находящийся ближе к поверхности, затем увеличиваем плотность тока до 45 mA/см и формируем второй слой с другой пористостью. Верхний слой содержит поры размером в 2-8 нм, второй слой содержит поры размером на 2 порядка больше. Затем формировали на эпитаксиальном слое кремния активные области полупроводникового прибора по стандартной технологии.
Примеры конкретного выполнения.
+
+
2
2
Пример 1. В начале на пластинах кремния КЭФ-4,5 формировали слой n типа проводимости диффузией фосфора или сурьмы, затем наращивали эпитаксиальный слой n-типа толщиной 300 нм с удельным сопротивлением 0,3 Ом·см. В последующем верхний слой кремния n типа превращают в пористый кремний с размерами пор 2 нм, при плотности тока 30 mA/см, затем увеличиваем плотность тока до 45 mА/см и формируем второй (нижний) слой пористого кремния с размерами пор 200 нм. После чего проводим окисление в трехстадийном режиме: первая стадия 300°С в течение одного часа в сухом кислороде; вторая стадия 800°С в течение двух часов в сухом кислороде; третья стадия 1000°С в течение одного часа во влажном кислороде. Затем формировали на эпитаксиальном слое кремния n-типа области стока, истока и затвора полупроводникового прибора по стандартной технологии.
+
+
2
2
Пример 2. В начале на пластинах кремния КЭФ-4,5 формировали слой n типа проводимости диффузией фосфора или сурьмы, затем наращивали эпитаксиальный слой n-типа толщиной 300 нм с удельным сопротивлением 0,3 Ом·см. В последующем верхний слой кремния n типа превращают в пористый кремний с размерами пор 8 нм, при плотности тока 30 mA/см, затем увеличиваем плотность тока до 45 mA/см и формируем второй (нижний) слой пористого кремния с размерами пор 800 нм. После чего проводим окисление в трехстадийном режиме: первая стадия 400°С в течение одного часа в сухом кислороде; вторая стадия 900°С в течение двух часов в сухом кислороде; третья стадия 1100°С в течение одного часа во влажном кислороде. Затем формировали на эпитаксиальном слое кремния n-типа области стока, истока и затвора полупроводникового прибора по стандартной технологии.
По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы. Результаты обработки представлены в таблице.
Таблица
Параметры п\п структур, изготовленных по стандартной технологии
Параметры п\п структур, изготовленных по предлагаемой технологии
подвижность, cм<sup>2</sup>/Bc
плотность дефектов см<sup>-2</sup>
подвижность, см<sup>2</sup>/Вс
плотность дефектов см<sup>-2</sup>
476
5·10<sup>5</sup>
648
4,2·10<sup>4</sup>
451
8·10<sup>5</sup>
610
6,7·10<sup>4</sup>
459
7·10<sup>5</sup>
603
5,4·10<sup>4</sup>
532
2·10<sup>5</sup>
178
1,1·10<sup>4</sup>
521
2,5·10<sup>5</sup>
694
1,5·10<sup>4</sup>
570
1·10<sup>5</sup>
739
0,7·10<sup>4</sup>
464
6·10<sup>5</sup>
608
4,5·10<sup>4</sup>
497
3,5·10<sup>5</sup>
672
2,2·10<sup>4</sup>
448
8,5·10<sup>5</sup>
601
6,9·10<sup>4</sup>
490
4·10<sup>5</sup>
665
3,1·10<sup>4</sup>
473
5,2·10<sup>5</sup>
643
4,4·10<sup>4</sup>
545
1,7·10<sup>5</sup>
704
0,9·10<sup>4</sup>
503
3·10<sup>5</sup>
676
1,4·10<sup>4</sup>
Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур, на партии пластин сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 15,5%.
Технический результат: снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров, повышение надежности и увеличения процента выхода годных приборов.
Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.
2
2
Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем формирования двухслойного пористого кремния с различной плотностью за счет изменения плотности тока с 30 mA/см до 45 mA/см с последующим применением трехстадийного режима окисления позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.