способ изготовления полупроводниковой структуры

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 2,5·10 ¹³ см^-2 с энергией 60-100 кэВ, затем дозой 7,5·10 ¹³ 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	2·10 4	620	4,2·102
450	3·104	600	7·102
460	2·10 4	600	4·102
530	1·104	570	1·102
520	5·10 4	700	5·102
580	1·104	730	7·102
460	2·10 4	600	5·102
500	3·104	660	2·102
450	5·10 4	600	6·102
500	4·104	635	3·102
470	2·10 4	610	4·102
550	1,3·104	700	9·102
510	2·10 4	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.