RU2378740C1 - Способ изготовления полупроводниковой структуры - Google Patents

Abstract

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.

Description

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 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.

Claims (1)

1. 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.