Способ получения структур на основе кремния

Способ получения структур на основе кремния методом зонной перекристаллизации градиентом температуры, включающий изготовление линейных углублений на поверхности подложки, заполнение их металлом-растворителем и перемещение линейных жидких зон сквозь подложку под действием градиента температуры, направленного перпендикулярно поверхности подложки, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрофизических характеристик получаемых структур, через подложку пропускают переменный электрический ток, направление которого параллельно линейным зонам.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для производства полупроводниковых приборов и интегральных схем различного назначения.
Известен способ выращивания эпитаксиальных слоев кремния при движении расплавленной зоны, ограниченной в двух или трех измерениях внутри и по поверхности полупроводникового кристалла под действием теплового поля с градиентом температуры и постоянного электрического тока [1]
Недостатком известного способа зонной перекристаллизации градиентом температуры и постоянным электрическим током является малая скорость движения жидких зон через кристалл, что приводит к большой длительности процесса выращивания эпитаксиальных слоев при относительно низких температурах. Этот недостаток особенно проявляется при использовании жидких зон малых размеров в направлении их движения порядка 15-20 мкм, которые при типичных условиях ЭПГТ имеют малую скорость движения. Вместе с тем использование зон таких размеров наиболее перспективно в микроэлектронике.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ получения структур на основе кремния методом зонной перекристаллизации градиентом температуры, включающий изготовление линейных углублений на поверхности подложки, заполнение их металлом-растворителем и перемещение линейных жидких зон сквозь подложку под действием градиента температуры, направленного перпендикулярно поверхности подложки [2]
Увеличения скорости перемещения жидких зон в этом способе достигают путем повышения температуры процесса почти до плавления кристалла. Однако проведение процесса вблизи температуры плавления ускоряет процессы загрязнения полупроводника, что ухудшает его электрические свойства, усложняет оборудование.
Целью изобретения является улучшение электрофизических характеристик получаемых структур.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения структур на основе кремния методом зонной перекристаллизации градиентом температуры, включающем изготовление линейных углублений на поверхности подложки, заполнение их металлом растворителем и перемещение линейных жидких зон сквозь подложку под действием градиента температуры, направленного перпендикулярно поверхности подложки, через подложку пропускают переменный электрический ток, направление которого параллельно линейным жидким зонам.
Действие переменного тока приводит к вынужденному конвективному перемешиванию в жидкой зоне за счет значительного колебания температуры зоны и явлений электропереноса. В связи с этим улучшается массоперенос растворенного вещества через жидкую фазу и стабильность фронта кристаллизации за счет уменьшения концентрационного переохлаждения.
Применение переменного электрического тока при ЗПГТ позволяет получить следующие положительные эффекты:
увеличивается скорость движения жидких зон, что позволяет сократить время выращивания эпитаксиальных слоев;
улучшается качество выращенных слоев за счет уменьшения температуры процесса и повышения скорости потока растворяемого вещества в жидкой фазе, особенно вблизи границы кристаллизации;
повышается стабильность границы кристаллизации и формы зон за счет уменьшения концентрационного переохлаждения.
Новизной способа является создание электропереноса и условий вынужденной конвекции действием не внешнего фактора на жидкую зону, а действием электрического тока непосредственно на процессы, протекающие в зоне. С этой целью применяется новый технический прием одновременное действие на массоперенос в жидкой зоне температурного градиента и переменного электрического тока.
Таким образом, предлагаемый способ обладает существенным преимуществом перед другим способом, позволяющим увеличить скорость движения, особенно, тонких зон посредством колебания их температуры, пропусканием переменного тока, вызывающего вынужденную конвекцию и электроперенос. Увеличение скорости движения зон за счет вынужденной конвекции позволяет уменьшить температуру процесса, тем самым выращивать однородные по своим свойствам эпитаксиальные слои большой протяженности.
Способ поясняется примером.
Для экспериментальной проверки предложенного способа использованы пластины кремния размерами 20х30х1 мм марки КЭФ 1,0, ориентированные в плоскости (III). Методом фотолитографии на пластинах получают линейные углубления шириной до 300 мкм и глубиной до 15 мкм. Затем эти углубления заполняют алюминием марки АВ0000 методом капиллярного втягивания.
Подложку с зонами помещают в градиентную вакуумную печь. Через образец пропускают переменный электрический ток промышленной частоты 50 Гц, перпендикулярно градиенту температуры вдоль линейных зон.
Сначала включают резистивный нагреватель и устанавливают температурный режим в пределах 800-1200^o в течение 10 мин. За это время зоны успевают погрузиться. Затем через образец пропускают переменный ток плотностью 5 10⁶ А/м² до выхода линейных зон на поверхность, оставляя легированный след. При этом колебания температуры в зоне составляет 0,3-1^oС, что много больше перепада температуры, обусловленного градиентом температуры ( t=Gl=0,03 C) и созданного внешним нагревателем 0,1 гр.
При проведении процесса с одинаковыми скоростями предложенный способ позволяет проводить процесс при температурах на 150-200^oС ниже, чем в прототипе.
Применение предложенного способа позволяет в 2-2,5 раза уменьшить время технологического процесса выращивания эпитаксиальных слоев по сравнению с другими способами; что приводит к значительной экономии электроэнергии.
Кроме указанных преимуществ предлагаемого метода, при практическом его применении оказалось, что стабильность движения тонких зон улучшается и не происходит увеличения плотности дислокаций в выращенных эпитаксиальных слоях по сравнению с их плотностью в исходном кристалле, что важно при создании p-n-переходов в объеме кристалла.
Способ получения структур на основе кремния методом зонной перекристаллизации градиентом температуры, включающий изготовление линейных углублений на поверхности подложки, заполнение их металлом-растворителем и перемещение линейных жидких зон сквозь подложку под действием градиента температуры, направленного перпендикулярно поверхности подложки, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрофизических характеристик получаемых структур, через подложку пропускают переменный электрический ток, направление которого параллельно линейным зонам.