Способ изготовления полупроводниковых структур

Способ изготовления полупроводниковых структур

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

!!ц 563704

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.08.74 (21) 2056168 25 (23) Приоритет — (32) 31.08.73 (31) %РН 011) 173216 (33) ГДР

Опубликовано 30.06.77. Б!оллетень М 24

Дата опубликования описания 08.08.77 (51) М Кче Н01121 265

Гасударствеика!й кавите

Совета Микистраа СССГ аа делам изебретег!!!й и открытий (53) УДК 621.382(088.8) (72) Авторы изобретения Иностранцы

Михаэль Хаубольд, Герфрид Хайзе, Хартвин Оберник и Рихард Шимко (ГДР) Иностранное предприятие

«ФЕБ ВЕРК фюр Фернзэеэлектроник» (ГДР) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

СТРУКТУР

Изобретение относится к ионно-лучевой технологии изготовления полупроводниковых приборов, пассивированных изолирующим слоем.

Известно, что в планарной технологии, в частности при изготовлении кремниевых полупроводниковых элементов, стремятся защитить р — и переходы уже при возникновении при помощи изолирующих слоев на наружной поверхности в процессе их изготовления. Тем самым избегают нестабильностей полупроводниковых элементов, которые обусловлены средой, прежде всего влажными газами.

Как известно, при планарной технологии наружную поверхность полупроводникового кристаллического диска, чаще всего предварительно равномерно легированного, полностью покрывают слоем изолирующего материала (1). Слой изолирующего материала состоит в основном из окисла используемого полупроводникового материала, из окиси крем!Гия.

В этом изолирующем слое методом фотолитографии делают отверстия. Через эти отверстия в полупроводниковый кристалл проводят диффузию легирующей примеси, которая обуславливает инверсию типа проводимости. Изолирующий слой служит при этой операции диффузионной маской. Легирующий материал пропинает как В Г.1 оь 1:,риста.1личес!,ОГО диска, так и в ооковом направлении. Тем самым ilo;I, изоlирующим слоем образуется р — 1 переход.

В процессе диффузии из газообразной фазы

5 возникает слой изолирующего материала ввидее стекла. Для контактирования или для последующей диффузии вновь вытравливают со ответствующие отверстия. Для изготовлени. сложных полупроводнгаковых структур необхс

10 димо большое число операций, К этому следу ет добавить, что расположение структур тре оует точной юстировки при изготовлении отверстий.

Кроме того, в этом способе проявляются

15 недостатки диффузионной техно.1огии. Диффузионная обработка в окисляющей атмосфере ведет к уменьшению концентрации легирующей примеси на поверхности по1упроводника и истощению легированных слоев полупро20 водчика, например в результате перехода в окисел полупроводника. Так как подача диффузионного материала не может дозироваться в достаточной степени, то набл!одастся невоспроизводимость отдельных полупроводнико25 вых структур.

Известен способ введения легпрующего материала в полупроводник с помощью ионно563704 го внедрения (2). Способ позволя:. г осущссг»вЂ” лять легирование более точно и равномер»о.

В этом способе в качестве масок такжc используются изолирующие слон.

Недостатком способа является in .то р — и переход из-<а нрямолп«сйногo в сдрс»»я ионов и псзнач»тель«ого бокового расссяс.»I>I во время проникновения лсгируlol«c,,rо материала остается плохо защищен«ым.

Известен спосоо изготовления полу«роно \пиковых структур, пассивированпых изолирующим слоем, включающ»й нанесение »зол»рующего слоя на полупроводниковую .пласгпну, локальное внедрение ионов легнрующсй примеси в изолирующий слой, последуюшу о диффузионную разгонку примеси нз изо -i»рующего слоя в полупроводник и из:ото«лен.ис контактов (3). В этом способе p — и переходы защищены уже в процессе их изготовления.

Недостатком этого способа является «poáходимость точной юстировки прп пзготовле«н нескольких легированных слоев и контактов к «»м, что усложняет способ.

Целью изобретения является упрощсп lc способа путем устранения операций то-п>юй юсти ров ки.

Цель достигается тем, что внедрение ионов производят на глубину, соответстгующуlî граничной области изолирующего слоя и полупроводника, а перед диффузионной разго«кой производят травление изолирующего слоя <о появления видимых углублений на облучс« ых участках. (Эти углубления показывают место для последующего изготовления контактов).

Для изготовления контактных окон проводят повторное внедрение ионов и повторное травление изолирующего слоя на всю его толщину.

В способе используются известные данные об ускорении травления изолирующих слоев, в частности окисла кремния, облучением ионами.

Требуемые формы отверстий в изолиру ощих слоях изготавливаются по этому способу без дорогостоящих, например фотолитографпческих, способов получения масок для травления.

На фиг. 1 — 5 изображена последовательность операций.

На подложку 1 нанесен эпитаксиальный слой 2, а сверху на него — защитный слой 3.

На фиг. 1 показано внедрение ионов 4 через отверстие 5 в маске 6 в область 7, расположенную,на границе 9 .защитното слоя 3 и эпитаксиального слоя 2, нанесенного на подложку 1. Над накопительной областью 7 остается нелегированная область 9 защитного слоя.

На фиг. 2 — травление, в резульгатс которого образуется углубление 0 в защитном слое 3.

На фиг. 3 — диффузионная разгонка и обр»зование легированной области 11.

На фиг. 4 — вторичное оолуче«ие через огверстие 12 в маске 13 ионами 14 и образование легированной области 15.

1О !

5 0

2>д

3,>

3:.>

4.

1lа ф«1. 5 — втори»»ос травле«ис и удаление области 16 (контактных отверстий) защитного слОя.

C:ï0cná осуществляе i csi cледующим образ(>м.

1 1 II 1 (I » l I 0 I I II I I I I n > I (и р 0 в 0 д» м 0 с т ь и - T I I i l d ) диске п.l (1а.1 нов («одложкс) 1 э»итаксиал,—

iin осаждастсЯ слой 4аЛвРС>, с »Роводимос11 ю п-типа и,ко«цснтрацисй до норов 2-10" IIoiI!См . Э«итаксиаль«ый слой 2 сплошь покрыт защитным слоем из окиси кремния толщи«ой 150 мкм. С начала внедряются ионы цинка с дозой 2 10 " см — с энергией 150 КэВ.

При этом образуется накопительный слой 7 из лсгирующс. о материала. Накопительный слой тянется до граничного слоя 8 между защит«ым слоем 3иэпитаксиальным слоем 2. Затем облученный диск без других TpBBH;II «l, масок или им подобных на 30 сек погружают в травильную ванну известного состава из плавиковои кислоты и фторида аммония. Облученные области слоя окиси кремния исчезают при этом быстрее, чем необлученные, так что после указанного времени травления в облученных ооластях хорошо просматриваюгся углубления от 10 до 15 нм (фиг. 2) .

11а следунпцем этапе (фиг. 3) травленые диски нагревают в течение 2 час в печи при тем«ературс 850 С. При нагревании накопле««ый легирующий материал диффундирует в эпитаксиальный слой 2. Образуется зона 11 с проводимостью р-типа с концентрацией

3.10" атом/см на поверхности с глубиной проникновения 1,3 мкм в узких допусках. 3атем диск в травленых углублениях вторично облучается ионами при дозе 1,3 10 " см †и энергии 200 КэВ. Ионы, проникающие в зону

I1 с проводимостью р-типа, образуют область

15 с проводимостью p+ (фиг. 4).

В заключение диски травят еще раз. При этом дважды облученные области защитного слоя 3 удаляются быстрее. Травление продолжается до освобождения наружной поверхности 8 эпитаксиального слоя 2 (фиг. 5).

При этом в защитном слое возникают над обогащенными областями 15 контактные отверстия 16.

В способе используется известное явление изменения скорости травления защитных, в частности оксидных, слоев после ионного внедрения. Скорость травления изолирующих слоев зависит от дозы и вида ионного луча и может меняться. Луч можно отклонять электрическими способами и облучать требуемые геометрические фигуры на изолирующем слое.

Облучение наружной поверхности можно ограпичить также,при помощи маски. Облученные области наружной поверхности удаляюгся быстрее, чем нсоблученные.

Способ может использоваться при изготозлснии транзисторных и диодных структур.

Для получения транзисторных структур сначала внедряются ионы примеси, создающей инверсию проводимости в пластине полупроводника, а во второй операции внсдре«ия ис563704 а

60 пользуются ионы примеси, приводящей к проводимости того же тига, что и исходная пластина.

В случае диодных структур вторая операция внедрения используется для изготовления контактов. При этом внедряется примесь, аналогичная первой, причем для хорошего контактирования лучше всего применяп ионы металла.

В предлагаемом способе наружная поверхность полупроводника при внедрении в накопительный слой легирующей примеси все время закрыта защитной пленкой. Накопительный слой состоит из двух составляющих: изолирующего слоя и наружной части тела полупроводника. Максимум распределения концентрации расположен внутри полупроводникового кристалла. Глубина определяется энергией облучения.

Выбором энергии и дозировкой легирующе,го материала можно достигнуть значительной абсорбции концентрации примесей в защитном слое, тем самым сберегается тело полупроводника. Таким образом можно в дальнейшем

;получать прецизионные источники легирующе,го материала с воспроизводимыми концентрациями легирующего материала в узких допусках, в частности выше границы растворимосги в твердом теле. Способ используется независимо от скорости диффузии различных легирующих примесей.

Поскольку над накопительной областью существует нелегированная область, то в способе отсутствует истощение на наружной поверхности из-за обратной диффузии, так что это не вредит концентрации быстро диффундирующих летирующих материалов. Благодаря замкнутости изолирующего слоя избегают краевых эффектов, которые возникают на краях масок. Термическое разложение и эрозионные явления на наружной поверхности чувствительного широкоэкранного полупроводника устраняются. Этот момент существенен для получения равномерных фронтов р — и переходов.

Операции юстировки и экспозиции, связанные с обычными хемитрафическими процессами, которые должны осуществляться для травления диффузионных и контактных QTверстий в маскировочных слоях, упрощаются или не нужны вовсе. Кроме того, упрощается процесс травления, так что даже незначительные неровности на наружной поверхности, которые делают невозможным изготовление тонких структур травления, теперь не создают помех. Так как в этом способе нет необходимости в лаковых масках, то значительно уменьшаются проблемы, возникающие из-за травления окисных и нитридных слоев на краях.

Оптоэлектронные элементы, изготавливаемые по предлагаемому способу, имеют целый ряд технологических преимушеств.

Доступ нежелательных примесей, которые образуют глубокие центры в зонах пространственных зарядов и в области инъекции, прекращен. Нежелательные центры, уже находящиеся и теле полупроводника, могут быть удалены обычным ооразом при помощи геттерного поглощения. Благодаря этому существенно уменьшается появление токов утечки и безизлучательных переходов.

Использование предлагаемого способа нн в коем случае не ограничивается приведенным примером. При помощи различных легирующих материалов можно комбинировать изготовление различных полупроводниковых структур. Для некоторых случаев применения выгодно лишь несущественно изменять положение и распределение внедренны.; легирующих примесей при нагревании.

Способ позволяет изготавливать улучшенные интегральные и оптоэлектронные элементы без усложнения технологии, удовлетворяя растущим требованиям, предъявляемым к элементам с точки зрения легирующих материалов, центров рекомбинации, свойств защитных слоев и оптических поверхностей.

Способ пригоден в массовом производстве.

Способ повышает процент выхода элементов и уменьшает разброс параметров элементов.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полупроводниковых структур, пассивированных изолирующим слоем, включающий нанесение изолирующего слоя на полупроводниковую пластину, локальное внедрение ионов легирующей примеси в изолирующий слой, последующую диффузионную разгонку примеси из изолирующего слоя в полупроводник и изготовление контактов, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, внедрение ионов производят на глубину, соответствующую граничной области изолирующего слоя и полупроводника, а перед диффузионной разгонкой производят травление изолирующего слоя до появления видимых углублений.

2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью изготовления контактных окон, проводят повторное внедрение ионов и повторное травление изолирующего слоя на всю его толщину.

Источники информации, принятые во в (имание при экспертизе

1. Мазель Е. 3. и др. «Планарная технология кремниевых приборов», М., 1974, с. 173—

175.

2. Майер Дж. и др. «Ионное внедрение полупроводников», М., 1972, с. 251 †2.

3. Патент С111А _#_o 3607449, кл. 148 — 1.5, 1971.

56З7М

Фиг 2 — 2 фиг 5

Корректор Л. Брахнина

Редактор Н. Коляда

Заказ 1665/13 Изд. 4 620 Тираж 995 Подвиг цое

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раугнская иаб., д 4/5

Типография, ир. Сапунова, 2

Составитель Г. Угличина

Техрсд М. Семенов

-2 г — — 1