Способ легирования полупроводников

Способ легирования полупроводников

Реферат

 

Использование: технология изготовления полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: на кремниевую пластину наносят источник примеси, помещают пластину на плоский электрод, нагревают пластину до 300 - 800С и проводят обработку пластины коронным разрядом в течение времени, необходимого для получения требуемой глубины легирования.

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Известен способ легирования полупроводников, включающий нанесение на поверхность полупроводника легированных пленок окислов, сформированных в низкотемпературном процессе, и диффузионный отжиг при 800-1200^оС в атмосфере газа. Недостатками этого способа легирования является необходимость проведения процесса при высокой температуре, что накладывает определенные ограничения на последовательность проведения всех технологических операций по созданию полупроводниковых приборов и интегральных микросхем; кроме того, требуется точное высокостабильное поддержание заданной температуры в процессе проведения диффузии. Известен способ легирования полупроводников, включающий формирование на полупроводнике маскирующих слоев, внедрение примесных ионов, ускоренных до энергии более 10 кэВ, и отжиг радиационных дефектов, возникающих при торможении ионов в полупроводнике, при 500-1200^оС. Недостатками этого способа легирования являются: невозможность введения примеси на глубину более 1 мкм, что лимитируется энергией бомбардирующих ионов; возникновение радиационных нарушений кристаллической решетки полупроводника, число которых растет с дозой внедренных ионов; невозможность одновременного введения двух примесей. Известен способ легирования полупроводников, включающий нанесение на поверхность полупроводника источника примеси, размещение полупроводника примеси, размещение полупроводника на электрод-аноде, создание вакуума 10^-7 мм рт. ст. , подача водорода под давлением 10^-1 - 10^-2 мм рт. ст. при нагреве от 25 до 500^оС, приложение между электродами напряжения постоянного тока величиной около 2 кВ, положительный потенциал к аноду. Недостатками известного способа легирования полупроводников являются невозможность введения примеси на большие глубины, возникновение радиационных нарушений кристаллической решетки полупроводника. Цель изобретения - улучшение качества полупроводников за счет снижения дефектности их кристаллической решетки, обеспечения возможности введения примеси на любую глубину и взрывобезопасности способа. Принципиальное отличие предлагаемого способа легирования полупроводника от известного заключается в различии физических явлений переноса примеси и создании дефектов, нарушений кристаллической решетки полупроводника. В предлагаемом способе легирование полупроводников производится в результате воздействия электрического поля коронного разряда и температуры на источник примеси, нанесенной на поверхность полупроводника. Источник примеси наносится в виде пленки гидролизно-поликонденсационной двуокиси кремния с примесью, или в виде осажденной, напыленной пленки примеси, или другим способом. Пленкообразующий раствор гидролизно-поликонденсационной двуокиси кремния готовят на основе тетраэтоксилана (тетраэтиловый эфир ортокремниевой кислоты) с простыми спиртами (этиловым спиртом), вводят азотнокислую соль или водный раствор кислоты, соответствующей примеси. После нанесения раствора на полупроводник и центрифугирования получают пленку, содержащую соответствующие азотнокислые соли или соответствующую кислоту, остатки спиртов и полимерные этоксигруппы. Формирование пленки завершают термодеструкцией. Термодеструкция сопровождается двумя параллельными процессами: разложением азотнокислых солей, кислоты и полимера, содержащего этоксигруппы, и образованием стекла. Электрическое поле коронного разряда образуется в результате приложения напряжения, которое возникает после зажигания коронного разряда. После приложения напряжения происходит поляризация примеси, нанесенной на полупроводник, и образуются ионы примеси мелкого, глубокого уровней и редкоземельных металлов, которые начинают мигрировать к материалу полупроводника (кремний, германий и т. д. ) и проникать в него. С целью ускорения процесса миграции ионов примеси и внедрения в полупроводник на необходимую глубину производится нагрев до 300-800^оС. П р и м е р 1. На кремниевую пластину (марка кремния КДБ-4.5, плоскость кристаллографической ориентации 100) методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую ангидрид диффузанта донора мелкого уровня - фосфора Р. Проводят термодеструкцию при 300^оС в течение 5 мин в атмосфере инертного газа. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 300^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 5 кВ и выдерживают в течение 1 ч. После этого отключают напряжение, снимают легированную пластину и удаляют обедненную легированную пленку. П р и м е р 2. На кремниевую пластину (марка кремния КЭФ-10, плоскость кристаллографической ориентации 111) методом напыления наносят пленку примеси акцептора глубокого уровня индия. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 650^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 4 кВ и выдерживают в течение 5,5 ч. После этого отключают напряжение, снимают легированную пластину и стравливают с поверхности легированной пластины остатки пленки примеси. П р и м е р 3. На кремниевую пластину (марка кремния КЭФ-7,5, плоскость кристаллографической ориентации 110) методом термического окисления создают маскирующий слой двуокиси кремния толщиной 0,8-1 мм, в котором методом фотолиграфии вскрывают окна схемы. Затем на пластину методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую ангидрид диффузанта редкоземельного металла - диспрозия Dу. Проводят термодеструкцию при 500^оС в течение 5 мин. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 800^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 4 кВ и выдерживают в течение 10 ч. После этого отключают напряжение и температуру, снимают легированную пластину. П р и м е р 4. На кремниевую пластину (марка кремния КЭФ-4,5, плоскость кристаллографической ориентации 100) методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую ангидрид диффузантов акцептора мелкого уровня и акцептора мелкого уровня - галлия и бора Ga + B. Проводят термодеструкцию при 400^оС в течение 10 мин в атмосфере инертного газа. Методом фотолитографии формируют рисунок схемы. После травления остаются только участки для легирования, представляющие собой островки. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 600^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 2,35 кВ и выдерживают в течение 2 ч. После этого отключают напряжение, снимают легированную пластину и удаляют обедненную легированную пленку. П р и м е р 5. На кремниевую пластину (марка кремния КЭФ-7,5, плоскость кристаллографической ориентации 110) методом термического окисления создают маскирующий слой кремния толщиной 0,8-1 мм, в котором методом фотолитографии вскрывают окна схемы. Затем на пластину методом центрифугирования наносят гидролизно-поликонденсационную пленку двуокиси кремния, содержащую ангидрид диффузантов редкоземельного металла и акцептора мелкого уровня - диспрозия и бора Dу + B. Проводят термодеструкцию при 500^оС в течение 5 мин. Затем пластину размещают на плоском электроде, нагревают до 450^оС, подают напряжение постоянного тока величиной 2.35 кВ и выдерживают в течение 5 ч. После этого отключают напряжение, снимают легированную пластину. Использование предлагаемого способа легирования полупроводников обеспечивает, по сравнению с существующими способа, следующие преимущества: возможность получения воспроизводимой любой глубины р-n-перехода; формирование воспроизводимых легированных областей с различной поверхностной концентрацией, как с низкой поверхностной концентрацией примеси, так и с максимальной концентрацией; меньшее количество дефектов в легированном слое; отсутствие радиационных дефектов; контроль концентрации примеси в легированном слое и его глубины путем регулирования толщины пленки на поверхности полупроводника и концентрации примесей в ней, а также величины приложенного напряжения постоянного тока, температуры и продолжительности легирования; расширение возможности применения источников примеси, например гидролизно-поликонденсационной двуокиси кремния; упрощение технологии легирования и сокращение времени процесса, так как отпадает необходимость создания вакуума, подачи водорода; взрывобезопасность способа легирования, так как отсутствует водород. Скорость генерации дефектов для введения примеси определяется величиной приложенного напряжения постоянного тока и температурой, но основную роль играет напряжение. (56) Лабунов В. А. , Борисенко В. Е. Современные методы легирования полупроводников и перспективы их развития. - Зарубежная электронная техника, 1977, вып. 13(159). М. : ЦНИИ "Электроника". Козловский В. В. , Ломасов В. Н. Радиационно-стимулированная диффузия примесей в полупроводниках. Обзоры по электронной технике, серия 7. Технология, организация производства и оборудование, 1985, вып. 9 (1109), М. : ЦНИИ "Электроника". Патент США N 4331486, кл. Н 01 L 21/263, 1982.

Формула изобретения

СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, включающий нанесение на поверхность полупроводника источника примеси, размещение полупроводника на одном электроде, нагревание полупроводника, приложение между электродами напряжения постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества полупроводников за счет снижения дефектности их кристаллической решетки, обеспечения возможности введения примеси на любую глубину и взрывобезопасности способа, полупроводник размещают на плоском электроде, нагревание осуществляют до 300 - 800^oС, напряжение прикладывают в течение времени, необходимого для получения требуемой глубины легирования, а величину напряжения выбирают из условия обеспечения зажигания коронного заряда.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000