Способ получения диэлектрических пленок для мдп-структур на основе полупроводниковых соединений aiiibv

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может найти широкое применение в технологии полупроводниковых приборов, в частности МДП-приборов на полупроводниках типа А^IIIВ^V . Сущность: способ осуществляется путем анодного окисления полупроводниковой пластины, погруженной в электролит. При этом полупроводниковую пластину погружают последовательно в два электролита, первый их которых характеризуется величиной вводимого в пленку заряда на 0,5 -10 В меньше заданной, а второй - на 0,5-10 В больше заданной. Для МДП-структур на основе InSb в качестве первого электролита используют электролит состава, вес.%: аммоний надсернокислый 1-3, глицерин 30-70, диметилформамид - остальное. Анодное окисление проводят в квазивольтстатическом режиме, а в качестве второго электролита используют электролит состава, вес.%: кислота пирофосфорная 0,3-3,0, углерод четыреххлористый 5-15, ацетонитрил - остальное. Технический результат: получение диэлектрических пленок с заданным по величине и знаку встроенным зарядом. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может найти широкое применение в технологии полупроводниковых приборов, в частности МДП-приборов на 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 неравновесной емкости, максимальной пробивной напряженностью диэлектрика, а также фиксированным по знаку и величине встроенным зарядом в диэлектрике.

Наиболее приемлемым и перспективным методом получения диэлектрических пленок на поверхности полупроводников МДП-технологии является анодное окисление, включающее погружение полупроводниковой пластины в электролит, для которого характерно получение строго определенного (фиксированного) по знаку и величине встроенного в диэлектрик заряда, и подачу на нее электрического напряжения или тока [1]. При этом электрофизические параметры анодных пленок, а также границы раздела диэлектрик-полупроводник, главным образом, определяются составом электролита и режимом анодного окисления.

Из известных электролитов для анодного окисления полупроводников, используемых при изготовлении МДП-структур, наиболее перспективны, с точки зрения получения целого комплекса электрофизических параметров, электролиты, приведенные в [2, 3]. Режимы анодирования применяются обычно двух типов: при постоянном токе либо при постоянном напряжении. Сочетанием электролитов и режимов [4] анодного окисления можно добиваться улучшения необходимых электрофизических свойств МДП-структур.

Общим недостатком для всех этих электролитов и режимов анодного окисления является то, что диэлектрик, формованный известным способом, в каждом конкретном случае имеет строго определенный заряд по знаку и величине, который мало меняется при изменении режима проведения процесса. Однако в ряде случаев требуется получать окисные структуры с точно фиксированной величиной заряда, встроенного в окисел, который невозможно обеспечить, имея в арсенале известные электролиты. Нужно или проводить дополнительные трудоемкие исследования (которые могут и не дать положительного результата), или довольствоваться приближенной величиной встроенного заряда.

Целью изобретения является обеспечение возможности введения в окисел точно заданного по величине и знаку встроенного заряда.

Поставленная цель достигается тем, что анодное окисление полупроводников проводят последовательно, по крайней мере, в двух электролитах, один из которых характеризуется величиной вводимого в окисел заряда, меньшей заданной величины, а другой - большей заданной. Выбор последовательности электролитов, а также напряжение анодирования в каждом из них определяется необходимой величиной и знаком встроенного заряда. Меняя последовательность электролитов и время выдержки пластины в каждом электролите, можно почти плавно менять величину и знак заряда окисла в диапазоне величин, которые характерны для каждого электролита. Благодаря этому можно подобрать точно заданную величину заряда окисла. При этом разница между заданной величиной заряда и величинами заряда, характеризующими оба электролита, должна быть не менее 0,5-1,0 В и не более 7-10 В (здесь и далее величина встроенного заряда q будет оцениваться в целях простоты обработки как кривая C-V по величине напряжения плоских зон V _FB [5]). Меньшая величина разницы определяется воспроизводимостью процесса. Большая величина разницы ограничена практическими соображениями.

Количество электролитов может быть больше двух, в этом случае точность получения заряда будет выше, а диапазон изменения заряда больше. При этом режим анодного окисления может быть любой: вольстатический или гальваностатичесиий.

В таблице приведены значения V _FB МДП-структур на монокристаллическом антимониде индия с ориентацией <III> п-типа (n≈10¹⁴ см^-3 при Т=77К) в зависимости от режимов анодирования. Используемое электролиты, (эл.) вес.%:

I. Аммоний надсернокислый 1-3Глицерин 30-70Диметилформамид остальноеII. Кислота пирофосфорная 0,3-3,0Углерод четыреххлористый 5-15 Ацетонитрил остальное

Анодирование проводилось в квазивольстатическом режиме, т.е. напряжение формовки увеличивалось ступенчато по 10 В с выдержкой при каждом напряжении в течение 1 мин.

  №ппЭлектролиты и режимы анодирования V_FB, В 1Эл.I, 0-50 В3-8 2Эл.I, 0-40 В + эл.II, + 50 В2-4 3Эл.I, 0-30 В + эл.II, 40-50 В 0-24Эл.I, 0-20 В + эл.II, 30-50 В-0,5÷ -1,5 5Эл.I, 0-10 В + эд.II, 20-50 В-1÷ -2 6Эл.II, 0-50 В -2÷ -57 Эл.II 0-40 В + эл.I, 50В-1,5÷0 8Эл.II 0-30 В + эл.I, 40-50В0-1 9Эл.II 0-20 В + эл.I, 30-50В -7÷ -510 Эл.II 0-10 В + эл.I, 20-50В-3÷ -2

Остальные электрофизические свойства МДП-структур, такие как плотность поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик, время релаксации неосновных носителей, пробивная напряженность диэлектрика, сохраняются и численные их величины соответствуют значениям, приведенным в [2, 3]. Как видно из таблицы, предложенным методом можно получать встроенный заряд в окисле в широком диапазоне величин от 7-8 В (позиция 1) до - 7 В (позиция 9), что позволяет расширить возможности применения анодного окисления в МДП-технологии.

Толщина диэлектрической пленки прямо зависит от конечного напряжения формовки, а величина встроенного заряда практически не зависит, поэтому рост анодной пленки можно проводить до любого напряжения, а получение требуемого заряда будет определяться выбором интервалов применения напряжения (ступенек).

Предлагаемый способ анодирования позволяет получить более стабильный по величине заряд в диэлектрике, а также упростить процесс получения диэлектрика с определенным по знаку и величине зарядом, в то время как анодирование полупроводников известными способами в этих двух электролитах раздельно позволяет получить конкретный до знаку и величине встроенный заряд в диэлектрике, изменить который в широком диапазоне невозможно.

Источники информации:

1. Л.Юнг. Анодные оксидные пленки. Л.: Энергия, 1967.

2. Авт. свидетельство СССР № 495971, кл. H 01 L 7/00, 1973.

3. Авт. свидетельство СССР № 1840202, 2006.

4. Авт. свидетельство ССР № 1840203, 2006.

5. С.М.Зл. Физика полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1973.

Формула изобретения

1. Способ получения диэлектрических пленок для МДП-структур на основе полупроводниковых соединений A^IIIB^V путем анодного окисления полупроводниковой пластины, погруженной в электролит, отличающийся тем, что, с целью получения диэлектрических пленок с заданным по величине и знаку встроенным зарядом, полупроводниковую пластину погружают последовательно в два электролита, первый из которых характеризуется величиной вводимого в пленку заряда на 0,5-10 В меньше заданной, второй - на 0,5-10 В больше заданной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для МДП структур на основе JnSb в качестве первого электролита используют электролит состава, вес.%:

Аммоний надсернокислый 1-3

Глицерин 30-70

Диметилформамид - остальное

анодное окисление проводят в квазивольтстатическом режиме, а в качестве второго электролита используют электролит состава, вес.%:

Кислота пирофосфорная 0,3-3,0

Углерод четыреххлористый 5-15

Ацетонитрил - остальное