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.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.

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)·10¹⁵Н⁺/см² с последующим термическим отжигом при температуре 1000°C в течение 30-60 минут.

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)10¹⁵Н⁺/см². 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, см2	Подвижность, см2/В·с	Плотность дефектов, см-2	Подвижность, см2/В·с
1	6,8·104	350	3,2·102	510
2	4,2·104	380	2,0·102	535
3	3,6·104	400	1,8·102	590
4	4,8·104	370	2,4·102	520
5	2,5·104	410	1,5·102	600
6	6,1·104	355	3,3·102	505
7	3,9·104	390	4,1·102	560
8	1,5·104	420	1,2·102	610
9	5,3·104	360	2,9·102	515
10	3,0·104	405	1,6·102	595
11	2,0·104	415	1,5·102	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.

Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем обработки кремний на сапфире ионами водорода с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)·10¹⁵H⁺/см², 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.

Способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий процессы эпитаксиального наращивания рабочего слоя полупроводника и легирования, отличающийся тем, что после формирования полупроводникового слоя кремния на сапфире структуру обрабатывают ионами водорода с энергией 25-30 кэВ, дозой (3-5)·10¹⁵ H⁺/см² и в последующем проводят высокотемпературный термический отжиг в инертной атмосфере при температуре 1000°C в течение 30-60 мин.