Способ изготовления полупроводниковой структуры
Владельцы патента RU 2378740:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (RU)
Использование: в технологии производства полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: в способе изготовления полупроводниковой структуры на кремниевой пластине формируют слой n+ типа, на котором наращивают эпитаксиальный слой n типа, затем в n+ слое создают двухслойную пористую структуру с различной плотностью, верхний слой с размерами пор от 2 до 8 нм, а нижний слой с размерами пор на два порядка больше, путем последовательного изменения плотности тока с 30 mA/см2 до 45 mA/см2 с последующим применением трехстадийного режима окисления: при температуре 300-400°С в течение одного часа в сухом кислороде; при температуре 800-900°С в течение двух часов в сухом кислороде; при температуре 1000-1100°С в течение одного часа во влажном кислороде. Технический результат изобретения - снижение плотности дефектов в полупроводниковых структурах, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных. 1 табл.
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 Si1-x Gex, 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 на поверхности присоединяющих пластин образуются дефекты, которые ухудшают электрофизические параметры полупроводниковых структур.
Известен способ изготовления полупроводниковой структуры [заявка 1246851 Япония, МКИ H01L 21/94] путем нанесения на поверхность основания из молибдена и кремниевой пластины слоя диоксида кремния, методом термического окисления во втором случае или методом химического осаждения из газовой фазы в первом случае. Затем кремниевую пластину и молибденовое основание, обращенные друг к другу слоем диоксида кремния, приводят в контакт и склеивают. Последующей шлифовкой и полировкой кремниевой пластины с тыльной стороны добиваются получения поверхности требуемого класса обработки.
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 формирования двухслойного пористого кремния с различной плотностью. Слой пористого кремния, находящегося ближе к поверхности, формируется при плотности тока 30 mA/см2, затем плотность тока увеличивается до 45 mA/см2 и формируется второй слой пористого кремния с другой пористостью. Верхний слой содержит поры размером в 2-8 нм, второй слой содержит поры размером на 2 порядка больше.
Формирование двухслойного пористого кремния с различной плотностью по слоям снижает дефектность в структурах и величину заряда на границе раздела кремний-пористый кремний за счет снижения механических напряжений, обеспечивая улучшения параметров структур.
Технология способа состоит в следующем: в начале на подложке n типа проводимости формируют слой n+ типа проводимости, затем наращивают эпитаксиальный слой n типа. В последующем n+ скрытый слой превращают в пористый кремний путем его селективного анодирования на основе фтористоводородной кислоты. Далее проводится термическое окисление пористого кремния и в структурах формируют транзисторы. В результате пористого анодирования структур кремния и последующего термического окисления пористого кремния получаются полностью изолированные островки кремния. Окисление проводят в трехстадийном режиме: 300-400°С в течение одного часа в сухом кислороде; 800-900°С в течение двух часов в сухом кислороде; 1000-1100°С в течении одного часа во влажном кислороде. Анодизация приводит к протеканию тока через раствор фтористоводородной кислоты и кремниевую пластину. При этом формируются микроскопические поры. Изменяя плотность тока, создаем слои пористого кремния различной плотности. При плотности тока 30 mA/см2 формируем слой пористого кремния, находящийся ближе к поверхности, затем увеличиваем плотность тока до 45 mA/см2 и формируем второй слой с другой пористостью. Верхний слой содержит поры размером в 2-8 нм, второй слой содержит поры размером на 2 порядка больше. Затем формировали на эпитаксиальном слое кремния активные области полупроводникового прибора по стандартной технологии.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. В начале на пластинах кремния КЭФ-4,5 формировали слой n+ типа проводимости диффузией фосфора или сурьмы, затем наращивали эпитаксиальный слой n-типа толщиной 300 нм с удельным сопротивлением 0,3 Ом·см. В последующем верхний слой кремния n+ типа превращают в пористый кремний с размерами пор 2 нм, при плотности тока 30 mA/см2, затем увеличиваем плотность тока до 45 mА/см2 и формируем второй (нижний) слой пористого кремния с размерами пор 200 нм. После чего проводим окисление в трехстадийном режиме: первая стадия 300°С в течение одного часа в сухом кислороде; вторая стадия 800°С в течение двух часов в сухом кислороде; третья стадия 1000°С в течение одного часа во влажном кислороде. Затем формировали на эпитаксиальном слое кремния n-типа области стока, истока и затвора полупроводникового прибора по стандартной технологии.
Пример 2. В начале на пластинах кремния КЭФ-4,5 формировали слой n+ типа проводимости диффузией фосфора или сурьмы, затем наращивали эпитаксиальный слой n-типа толщиной 300 нм с удельным сопротивлением 0,3 Ом·см. В последующем верхний слой кремния n+ типа превращают в пористый кремний с размерами пор 8 нм, при плотности тока 30 mA/см2, затем увеличиваем плотность тока до 45 mA/см2 и формируем второй (нижний) слой пористого кремния с размерами пор 800 нм. После чего проводим окисление в трехстадийном режиме: первая стадия 400°С в течение одного часа в сухом кислороде; вторая стадия 900°С в течение двух часов в сухом кислороде; третья стадия 1100°С в течение одного часа во влажном кислороде. Затем формировали на эпитаксиальном слое кремния n-типа области стока, истока и затвора полупроводникового прибора по стандартной технологии.
По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые приборы. Результаты обработки представлены в таблице.
| Таблица | |||
| Параметры п\п структур, изготовленных по стандартной технологии | Параметры п\п структур, изготовленных по предлагаемой технологии | ||
| подвижность, cм2/Bc | плотность дефектов см-2 | подвижность, см2/Вс | плотность дефектов см-2 |
| 476 | 5·105 | 648 | 4,2·104 |
| 451 | 8·105 | 610 | 6,7·104 |
| 459 | 7·105 | 603 | 5,4·104 |
| 532 | 2·105 | 178 | 1,1·104 |
| 521 | 2,5·105 | 694 | 1,5·104 |
| 570 | 1·105 | 739 | 0,7·104 |
| 464 | 6·105 | 608 | 4,5·104 |
| 497 | 3,5·105 | 672 | 2,2·104 |
| 448 | 8,5·105 | 601 | 6,9·104 |
| 490 | 4·105 | 665 | 3,1·104 |
| 473 | 5,2·105 | 643 | 4,4·104 |
| 545 | 1,7·105 | 704 | 0,9·104 |
| 503 | 3·105 | 676 | 1,4·104 |
Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур, на партии пластин сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 15,5%.
Технический результат: снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров, повышение надежности и увеличения процента выхода годных приборов.
Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.
Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем формирования двухслойного пористого кремния с различной плотностью за счет изменения плотности тока с 30 mA/см2 до 45 mA/см2 с последующим применением трехстадийного режима окисления позволяет повысить процент выхода годных приборов и улучшить их надежность.
Способ изготовления полупроводниковой структуры, включающий обработку кремниевой пластины, отличающийся тем, что на кремниевой пластине формируют слой n+ типа, на котором наращивают эпитаксиальный слой n типа, затем в n+ слое создают двухслойную пористую структуру с различной плотностью, верхний слой с размерами пор от 2 до 8 нм, а нижний слой с размерами пор на два порядка больше, путем последовательного изменения плотности тока с 30 мA/см2 до 45 мA/см2 с последующим применением трехстадийного режима окисления: при температуре 300-400°С в течение одного часа в сухом кислороде; при температуре 800-900°С в течение двух часов в сухом кислороде; при температуре 1000-1100°С в течение одного часа во влажном кислороде.
