Способ анодного окисления полупроводниковых пластин в галогенсодержащих электролитах

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может найти применение в технологии МДП-приборов, в частности многоэлементных приемников на узкозонных полупроводниках типа А^IIIВ^V . Сущность: способ осуществляется путем подачи положительного напряжения на окисляемую пластину. Перед подачей напряжения на пластину в непосредственной близости от нее генерируют галоген-радикалы путем подачи отрицательного напряжения 3-10 В на пластину или на дополнительно вводимый радикал. Отрицательное напряжение, поданное на пластину, выдерживают в течение 5-60 с, после чего полярность меняют. Отрицательное напряжение на дополнительно вводимый электрод подают в течение всего процесса окисления и этот электрод располагают на расстоянии 5-10 мм от пластины. Технический результат: повышение качества окисления. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может найти широкое применение в технологии МДП-приборов, в частности многоэлементных приемников на узкозонных полупроводниках типа А^III В^V.

Современные требования, предъявляемые к многоэлементным МДП-фотоприемникам, диктуют необходимость создания МДП-структур с определенным комплексом электрофизических свойств: минимальной плотностью поверхностных состояний, большим временем релаксации, малым встроенным зарядом в диэлектрике, максимальной пробивной напряженностью диэлектрика и однородностью этих параметров по площади полупроводниковой пластины.

Наиболее перспективным и приемлемым методом получения диэлектрических пленок на поверхности полупроводников в МДП-технологии является электролитическое анодирование. При этом электрофизические параметры анодных пленок, а также границы раздела диэлектрик-полупроводник главным образом определяются составом электролита и режимом анодного окисления. Диэлектрическая пленка образуется при приложении напряжения между анодом (рабочей полупроводниковой пластиной) и катодом, например платиновой пластиной, погруженными в раствор электролита с определенным составом. При этом известны два режима анодирования: либо при постоянном напряжении, либо при постоянном токе, либо при сочетании обоих вариантов [1,2].

Из известных электролитов для анодного окисления полупроводников А^IIIВ^V, используемых при изготовлении МДП-структур, наиболее перспективны электролиты, приведенные в [3]. В этой работе улучшение электрофизических свойств МДП-структур на узкозонных полупроводниках А^III В^V достигалось применением электролитов с галогеносодержащим органическим соединением. Режим анодирования проводился обычный: либо при постоянном токе, либо при постоянном напряжении. В процессе электролиза на катоде (платиновой пластине) происходит частичное восстановление гало-геносодержащего соединения. Конкретно к случаю [3]:

Образующиеся свободные хлор-радикалы под действием поля мигрируют через межэлектродное пространство и "встраиваются" в формирующуюся диэлектрическую пленку. Таким образом, присутствие этих радикалов в процессе анодирования улучшает электрофизические параметры МДП-структур вследствие механизма геттерирования (аналогично случаю термического "хлорного" окисления кремния [4]).

Однако, образующиеся на катоде активные хлор-радикалы являются "недолгоживущими". Решающим же моментом для достижения эффекта улучшения электрофизических свойств при анодировании у изготовляемых МДП-структур является превышение времени жизни свободных хлор-радикалов над временем миграции их к аноду- полупроводниковой пластине. Следует предложить, что в известном способе время жизни свободных органических радикалов много меньше времени миграции этих частиц от катода к аноду, вследствие чего не все образующиеся хлор-радикалы встраиваются в окисел и, следовательно, эффект улучшения свойств границы раздела полупроводник - анодный окисел не максимален: Nss 1,5·10¹¹ см^-2; τ ре_л=40-50мс; процент годных 60% (данные указаны для InSb).

Уменьшение межэлектродного расстояния, вероятно, будет приводить к усилению эффекта геттерирования, но одновременно будет происходить усиление краевых эффектов, что соответственно вызывает неоднородное по площади полупроводниковой пластины анодирование.

Целью данного изобретения является улучшение электрофизических свойств границы раздела полупроводник - анодный окисел, в частности увеличение времени релаксации неравновесной емкости, являющегося важным параметром при создании многоэлементных ИК-фотоприемников на InSb и InAs.

Поставленная цель достигается тем, что перед подачей положительного напряжения на окисляемый образец в непосредственной близости от него генерируют галоген-ионы путем подачи отрицательного напряжения порядка 3-10 В на окисляемый образец либо на дополнительно вводимый электрод.

Благодаря тому, что разложение галогеносодержащего соединения на радикалы происходит в непосредственной близости от образца большая часть радикалов геттерирует в формирующуюся диэлектрическую пленку.

Первая разновидность способа заключается в том, что непосредственно перед процессом анодирования на рабочей полупроводниковой пластине осуществляют катодное восстановление галогенсодержащего соединения путем подачи на нее отрицательного напряжения (-3÷ -10 В) или тока -0,1÷ -0,5 мА/см². После истечения необходимого интервала времени, определяемого экспериментально в зависимости от применяемого хлорорганического соединения (обычно 5-60 с) осуществляется реверс и происходит обычное формообразование диэлектрической пленки.

Этот способ приемлем для полупроводников любого типа, например кремния, для анодирования которого также используются галогенные электролиты. В таблице приведены электрические параметры МДП-структур на InSb и InAs в следующем реверсивном режиме на полупроводнике: l_кат=0,1-0,5 мА/см², τ_кат=10-30 с; l_ан=1,5-2,0 мА/см ², τ_ан=3-4 мин. Применялись электролиты, вес.%:

В качестве катода использовалась платиновая пластина. Толщина анодного окисла равна 1300-1500 .

  ПолупроводникЭлектролит N_ss·10^-11, см^-2τ_рел, мс.% годных n 10¹⁴ см^-3 InSbТ=77КI 1,0±0,570±10 70n 10¹⁴ см^-3 InSbII1,5±0,5 60±1070 n 10¹⁶ см^-3 InAsТ=77К  7,0±1,0100±20 55

Вторая разновидность способа заключается в использовании дополнительного третьего электрода в форме металлической сетки с размером ячейки больше 1 мм, расположенного непосредственно у полупроводникового анода (расстояние анод-сетка 5-10 мм). Экспериментально было найдено, что длина свободного пробега хлор-радикалов для указанных электролитов превышает выбранное расстояние. На сетку, например, молибденовую подается и поддерживается на ней отрицательное напряжение (U=-3÷ -10 В) с помощью самостоятельного источника питания. В это же время между анодом (полупроводником) и катодом (платиновой пластиной) осуществляется процесс формирования диэлектрика в следующем размере: I=1,5-2,0 мА/см², τ=3-4 мин. Параметры, полученные при измерении (С, V) - характеристик МДП-структур, анодный окисел которых формирован в электролитах состава I и II при использовании третьего вспомогательного электрода, имеют те же численные значения, что и в случае реверсивного режима (см. таблицу). Достоинством предлагаемого способа анодирования является гибкость управления процессом.

Как видно из таблицы, электрофизические параметры МДП-структур, полученные предлагаемым способом анодирования с применением галогенсодержащих электролитов, улучшаются, что позволяет совершенствовать технологию многоэлементных фотоприемников на InSb и InAs увеличить процент выхода годных МДП-структур на ˜20%.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР № 495971, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 104024.

3. Авторское свидетельство СССР № 1840202, 2006.

4. В.И. Золотарев, П.Е. Кандыба и др. Электронная техника, сер. 3, вып. I (67), 116.

Формула изобретения

1. Способ анодного окисления полупроводниковых пластин в галогенсодержащих электролитах путем подачи положительного напряжениян на окисляемую пластину, отли-чающийся тем, что, с целью повышения качества окисления, перед подачей положительного напряжения на пластину в непосредственной близости от нее генерируют галоген-радикалы путем подачи отрицательного напряжения 3-10 В на пластину или на дополнительно вводимый электрод.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отрицательное напряжение, поданное на пластину, выдерживают в течение 5-60 с, после чего полярность меняют.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отрицательное напряжение на дополнительно вводимый электрод подают в течение всего процесса окисления и этот электрод располагают на расстоянии 5-10 мм от пластины.