Способ изготовления полупроводниковой структуры

Изобретение относиться к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полупроводниковой структуры кремний на диэлектрике с низкой плотностью дефектов.

Известен способ создания структуры кремний на диэлектрике [Патент США 5061642, МКИ H01 L 21/477] имплантацией О₂ через подложку для образования промежуточного слоя, затем проводится отжиг подложки в атмосфере азота N₂, в каждом цикле которого попеременно чередуются температуры 1100°С и 500°С. Продолжительность цикла - минута, количество циклов 10. В результате происходит образование слоя SiO₂ под слоем кремния. В таких структурах из-за большого количества термоциклов повышается дефектность и ухудшаются параметры приборов.

Известен способ изготовления структуры кремний на диэлектрике [Патент США 5143862 США, МКИ H01 L 21/76] на пластине монокристаллического кремния с применением эпитаксии. С помощью комбинации анизотропного осаждения SiO₂ и изотропного травления создают структуру со слоями SiO₂ только на горизонтальных поверхностях, включая участки ранее созданных желобков. После этого с помощью селективного эпитаксиального осаждения Si заполняют желобки до уровня нижней поверхности маски из SiO₂, при этом эпитаксиальное наращивание начинается на свободных от SiO₂ стенках желобков. Далее повторяют процесс селективного эпитаксиального осаждения Si до уровня поверхности маски из SiO₂. На эпитаксиальном Si выращивают тонкий слой окисла, проводят анизотропное травление эпитаксиального Si через окна до скрытого под эпитаксиальным Si слоя SiO₂ и с помощью термического окисления заращивают эти глубокие узкие окна. В результате эпитаксиальные области оказываются полностью изолированными (снизу и с боков) окислом от подложки.

Недостатками этого способа являются:

- повышенная плотность дефектов;

- низкая технологичность;

- значительные токи утечки.

Задача, решаемая изобретением: снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров, повышение качества и увеличение процента выхода годных изделий.

Задача решается созданием n⁺ области в Si-пластине имплантацией ионов фосфора энергией 100-115 кэВ, дозой 1*10¹⁵ см^-2 с последующим отжигом при температуре 1150°С в атмосфере азота, с осаждением слоя поликремния и проведением сканирования поверхности пластины лучом Ar-лазера мощностью 5-10 Вт со скоростью 90-100 см/с.

Технология способа состоит в следующем: кремниевую пластину р-типа проводимости с ориентацией (100) окисляли в атмосфере сухого кислорода, затем осуществляли имплантацию ионов фосфора с энергией 100-115 кэВ, дозой 1*10¹⁵ см^-2 с последующим отжигом при температуре 1150°С в атмосфере азота с образованием в подложке области n⁺-типа, с поверхностной концентрацией примеси 1*10¹⁹ см^-3. В окисле вскрывали окно в виде дорожки, при этом вскрытая поверхность пластины служила затравочной областью. На поверхность пластины осаждали слой поликремния и формировали слой SiO₂. Затем поверхность пластины подвергали сканированию лучом Ar-лазера мощностью 5-10 Вт со скоростью 90-100 см/с в направлении, перпендикулярном затравочной дорожке, в результате которого осуществлялось локальное расплавление поликремния с последующей кристаллизацией эпитаксиального слоя. После процесса эпитаксии удаляли защитный SiO₂-слой и формировали полевой транзистор по стандартной технологии.

По предлагаемому способу были изготовлены и исследованы полупроводниковые структуры. Результаты приведены в таблице.

Экспериментальные исследования показали, что выход годных полупроводниковых структур на партии пластин, сформированных в оптимальном режиме, увеличился на 20,5%.

Технический результат: снижение плотности дефектов, обеспечивающее технологичность, улучшение параметров, повышение качества и увеличение процента выхода годных.

Стабильность параметров во всем эксплуатационном интервале температур была нормальной и соответствовала требованиям.

Предложенный способ изготовления полупроводниковой структуры путем создания n⁺ области в Si-пластине имплантацией ионов фосфора энергией 100-115 кэВ, дозой 1*10¹⁵ см^-2 с последующим отжигом при температуре 1150°С в атмосфере азота, с осаждением слоя поликремния и проведением сканирования поверхности пластины лучом Ar-лазера мощностью 5-10 Вт со скоростью 90-100 см/с позволяет повысить процент выхода годных и улучшить их качество.