Способ изготовления полупроводниковой структуры

Способ изготовления полупроводниковой структуры

Реферат

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. 5013681 США, МКИ H01L 21/20] путем последовательного наращивания на поверхности первой кремниевой подложки слоя буферного кремния и Si_1-x Ge_x, 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.

Задача решается путем проведения процесса легирования протонами кремниевой подлодки сначала дозой 1·10¹⁵ см^-2 с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10¹⁵ см^-2 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 2,5·10¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ, затем дозой 7,5·10¹³ см^-2 с энергией 120-200 кэВ.

Технология способа состоит в следующем: в начале в подложке кремния n-типа проводимости формируют однородный высоколегированный слой n⁺-типа проведением имплантации протонов сначала дозой 1·10¹⁵ см^-2 с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10¹⁵ см^-2 с энергией 200 кэВ.

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 2,5·10¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ, затем дозой 7,5·10¹³ см^-2 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, см2/Вс	плотность дефектов, см-2	подвижность, см2/Вс	плотность дефектов, см-2
400	2·104	620	4,2·102
450	3·104	600	7·102
460	2·104	600	4·102
530	1·104	570	1·102
520	5·104	700	5·102
580	1·104	730	7·102
460	2·104	600	5·102
500	3·104	660	2·102
450	5·104	600	6·102
500	4·104	635	3·102
470	2·104	610	4·102
550	1,3·104	700	9·102
510	2·104	670	4·102

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.

Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем проведения процесса легирования протонами кремниевой подложки сначала дозой 1·10¹⁵ см^-2 с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10¹⁵ см^-2 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 2,5·10¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ и дозой 7,5·10¹³ см^-2 с энергией 120-200 кэВ позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.

Способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий подложку и процессы легирования, отличающийся тем, что полупроводниковую структуру формируют легированием протонами кремниевой подложки сначала дозой 1·10¹⁵ см^-2 с энергией 100 кэВ, затем дозой 2·10¹⁵ см^-2 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 2,5·10¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ и дозой 7,5·10¹³ см^-2 с энергией 120-200 кэВ.