СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ
FABRICATION OF SEMICONDUCTOR STRUCTURE

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур с пониженной плотностью дефектов.
Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [Пат.5068695 США, МКИ H01L 29/161] путем выращивания эпитаксиального слоя с низкой плотностью дислокаций, за счет обработки подложки с высокой плотностью дислокаций ионами бора с энергией 350 кэВ, с последующим быстрым отжигом при температуре 900°C в течение 25 секунд для образования рекристаллизованного слоя с пониженной плотностью дислокаций. В таких полупроводниковых структурах из-за не технологичности процесса рекристаллизации образуется большое количество дислокаций, которые ухудшают параметры структур.
Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [Пат.4962051 США, МКИ H01L 21/265] путем формирования промежуточного слоя, легированного изовалентной примесью. Атомы изовалентной примеси имеют отличный ковалентный радиус от атомов материала подложки, в результате чего образуется большое количество дислокаций несоответствия на границе раздела слой-подложка. Затем проводится эпитаксиальное наращивание рабочего слоя полупроводника. При этом на границе раздела рабочий слой/слой, легированный изовалентной примесью, также возникают дислокации несоответствия, расположенные в плоскости границ раздела. Большое количество дислокаций геттерируют нежелательные примеси и дефекты из рабочего слоя, улучшая качество материала.
Недостатками способа являются:
- повышенная плотность дефектов в полупроводниковых структурах,
- образование механических напряжений;
- низкая технологичность.
Задача, решаемая изобретением: снижение плотности дефектов в полупроводниковых структурах, обеспечивающая технологичность, улучшение параметров структур, повышение качества и увеличение процента выхода годных.
15
+
2
Задача решается путем обработки структур кремний на сапфире с эпитаксиальным слоем кремния ионами водорода в инертной среде с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)·10Н/см с последующим термическим отжигом при температуре 1000°C в течение 30-60 минут.
15
+
2
Технология способа состоит в следующем: в начале на сапфировой подложке наращивают пленку кремния толщиной 300 нм по стандартной технологии. В последующем структуры кремний на сапфире обрабатывают ионами водорода с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)10Н/см. Температура в процессе имплантации не превышала 50°C. Затем полученные структуры отжигались проведением высокотемпературного отжига при 1000°C в течение 30-60 минут в инертной атмосфере.
Улучшение структуры монокристаллического кремния связано с взаимодействием водорода с дефектами в области эпитаксиального слоя, прилегающего к границе раздела кремний-подложка. Наличие водорода в наиболее дефектном слое способствует диффузионному залечиванию дефектов и приводит к развалу промежуточных фаз алюмосиликатов вследствие высокого коэффициента диффузии комплекса ОН. Все это улучшает структуру слоя кремния, уменьшает число ловушек для носителей заряда вблизи границы раздела.
По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы структуры. Результаты обработки представлены в таблице.
Таблица
Параметры п/п структур, изготовленных по прототипу
Параметры п/п структур, изготовленных по предлагаемой технологии
№
Плотность дефектов, см<sup>2</sup>
Подвижность, см<sup>2</sup>/В·с
Плотность дефектов, см<sup>-2</sup>
Подвижность, см<sup>2</sup>/В·с
1
6,8·10<sup>4</sup>
350
3,2·10<sup>2</sup>
510
2
4,2·10<sup>4</sup>
380
2,0·10<sup>2</sup>
535
3
3,6·10<sup>4</sup>
400
1,8·10<sup>2</sup>
590
4
4,8·10<sup>4</sup>
370
2,4·10<sup>2</sup>
520
5
2,5·10<sup>4</sup>
410
1,5·10<sup>2</sup>
600
6
6,1·10<sup>4</sup>
355
3,3·10<sup>2</sup>
505
7
3,9·10<sup>4</sup>
390
4,1·10<sup>2</sup>
560
8
1,5·10<sup>4</sup>
420
1,2·10<sup>2</sup>
610
9
5,3·10<sup>4</sup>
360
2,9·10<sup>2</sup>
515
10
3,0·10<sup>4</sup>
405
1,6·10<sup>2</sup>
595
11
2,0·10<sup>4</sup>
415
1,5·10<sup>2</sup>
605
Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 19,5%.
Технический результат: снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров структур, повышение качества и увеличение процента выхода годных.
Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.
15
+
2
Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем обработки кремний на сапфире ионами водорода с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)·10H/см, с последующим термическим отжигом при температуре 1000°С в инертной среде в течение 30-60 мин позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.