Способ изготовления локальных металлических зон

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗОН, включающий формирование маскирующего слоя двуокиси кремния на поверхности кремниевой подложки, вскрытие окон в маскирующем слое, приведение поверхности подложки в контакт с жидким металлом-растворителем при температуре 923 - 1423 К и контактирование в течение 0,01 - 10 с, удаление металла-растворителя с маскированной поверхности подложки, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и повышения качества зон, вскрытие окон в маскирующем слое осуществляют во время контактирования путем скрайбирования с усилием 0,5 - 2,0 Н, при этом зону металла-растворителя перемещают вдоль поверхности подложки со скоростью скрайбирования, которую выбирают в диапазоне 10^-3 - 5 10^-2 м/с, причем маскирующий слой формируют с толщиной 8 10^-8 - 2 10^-7 м.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых структур, а именно к технологии формирования металлических зон для зонной перекристаллизации градиентом температуры, и может найти применение в технологии изготовления фотопреобразователей.
Целью изобретения является упрощение технологии изготовления и повышение качества зон.
На практике способ можно реализовать с помощью устройства, состоящего из основания лодочки, перемещающегося в двух взаимно перпендикулярных направлениях столика, имеющего ячейку под полупроводниковую подложку, ванночки с жидким металлом-растворителем, имеющий щелевое отверстие в дне и резец (резцы), плотно прилегающий к поверхности подложки. Резец (скрайбер) служит для скрайбирования маски.
Устройство работает следующим образом.
Полупроводниковую подложку и навеску металла-растворителя укладывают в ячейку столика и ванночку соответственно. При этом пластина выведена из зоны контактиpования щели ванночки с поверхностью столика. Затем производят нагрев устройства до температуры, при которой формируются зоны, и перемещением столика в двух взаимно перпендикулярных направлениях создают рисунок зон необходимой геометрии. Резец имеет свободу перемещения в теле ванночки. Нагрузку на резец регулируют прижимом или дополнительным грузиком. В качестве конструкционного материала теплового устройства выбран графит МПГ-6 ОСЧ-7-3, а в качестве материала резца - диборид титана, который при выбранных температурных режимах (923К-1423К) практически не взаимодействует с металлами из ряда: алюминий, олово, галлий и др.
П р и м е р 1. На кремниевую монокристаллическую подложку, ориентированную в плоскости (III), наносят слой диоксида кремния толщиной 2 10^-7 м. В качестве металла-растворителя и легирующей примеси используют алюминий особой чистоты. Резец-скрайбер из диборида титана выполнен в виде иглы, радиус закругления которой составляет 2 10^-5 м. Температура процесса 923 К, скорость протяжки подложки под ванночкой и резцом 5 10^-2 м/с. Нагрузка на резец 2Н. По результатам испытаний способа сделаны следующие выводы.
Для выбранных режимов формирования алюминиевых зон параметры сечения зон равны: ширина 50 5 мкм, толщина 10 2 мкм. Разброс параметров зон в продольном и поперечном направлениях не превышает 20% от их средних значений, что обеспечивает высокое качество структур.
Разрывы зон за счет несмачиваемости поверхности не наблюдаются.
Кинетика растворителя кремния в жидком алюминии при формировании локальных зон подчиняется тем же закономерностям, что и в способе-прототипе.
П р и м е р 2. На монокристаллическую кремниевую подложку наносят слой диоксида кремния толщиной 8 10^-8 м. В качестве металла-растворителя и легирующей примеси используют сплав олова с сурьмой.
Температура процесса 1423 К, скорость протяжки подложки 10^-3 м/с. Нагрузка на резец составляет 0,5 Н.
Выводы по результатам испытаний.
Параметры зон в сечении равны: ширина 150 10 мкм, толщина 50 5 мкм. Разброс параметров зон в продольном и поперечном направлениях не превышает 10% от средних.
Разрывы зон за счет несмачиваемости поверхности не наблюдаются.
П р и м е р 3. На монокристаллическую кремниевую подложку толщиной 500 мкм, ориентированную в плоскости (III), наносят слой диоксида кремния толщиной 1,5 10^-7 м. В качестве металла-растворителя и легирующей примеси используют алюминий особой чистоты (99,9999). Температура процесса смачивания составляет 1073 К, скорость протяжки подложки 3 10^-2 м/с. Нагрузка на резец составляет 1 Н.
По результатам испытаний способа сделаны следующие выводы.
Параметры зон в сечении равны: ширина 100 10 мкм, толщина 35 3 мкм. Разброс параметров зон в продольном и поперечном направлениях не превышает 10% от средних значений.
Разрывы зон не наблюдаются. Таким образом, обобщая вышеизложенное, можно заключить, что отсутствие разрывов зон и малый процент разброса параметров жидких зон в продольном и поперечном направлениях является практическим подтверждением эффективности способа в сравнении со способом-прототипом.
Температурный интервал со стороны нижнего предела (923 К) определяется точкой плавления алюминия, как одного из наиболее активных из металлов и часто употребляемых растворителей кремния, со стороны верхнего предела (1423 К) - максимальной температурой, при которой процесс формирования зон при использовании труднорастворимых систем (например, кремний - олово - сурьма) или систем, в которых один из компонентов имеет большую упругость паров, протекает стабильно, т.е. обеспечивает параметры зон, необходимые для их стабильного погружения в кристалл и одновременного легирования перекристаллизованных слоев при зонной плавке.
Интервал скоростей движения резца вдоль поверхности маскирующего слоя определяется параметрами сечения жидких зон.
Так как скорость движения резца совпадает со скоростью движения внешнего источника металла-растворителя, то интервал скоростей определяется со стороны нижнего предела (10^-3 м/c) максимально возможной толщиной жидких зон, способных к воспроизводимому погружению (без жидких разрывов, фасетирования) в кристалл, а со стороны верхнего предела (5 10^-2 м/с) однородностью слоя жидкой фазы по толщине формируемой зоны. Нагрузка на резец определяется воспpоизводимостью ширины окна, края резания и чистотой поверхности.
При нагрузках, меньших установленного интервала, достичь однородности и чистоты скрываемых в маскирующем слое областей не удается. При больших нагрузках снижаются механическая прочность подложки и воспроизводимость окна по ширине.
Влиянием неоднородности скрайбируемой линии можно пренебречь. Режимы формирования зон подобраны так, что определяющую роль в процессах массопереноса играют процессы диффузии в слое жидкой фазы.
Физика процесса формирования локальных металлических зон по изобретению совпадает с закономерностями образования линейных зон по способу-прототипу. Для определения размеров зоны раствора-расплава пользуются интервалом времени контактирования металла-растворителя с поверхностью подложки по прототипу от 0,01 до 10 с. Скорость перемещения зоны раствора-расплава изменяется в пределах от 10^-3 до 5 10^-2 м/с, а время контактиpования ограничено интервалом от 0,01 до 10 с. Отсюда получают интервал допустимой ширины зоны раствора-расплава в направлении перемещения резца от 10^-5 до 5 10^-4 м.
Применение данного способа для формирования металлических зон дает следующие преимущества перед способом-прототипом.
Упрощается способ за счет совмещения операций вскрытия окон в маскирующем слое и приведения металла-растворителя в контакт с поверхностью подложки в одной термической стадии.
Повышается качество перекристаллизованных областей за счет сокращения времени между операциями вскрытия окон в маскирующем слое и приведения металла-растворителя в контакт с поверхностью подложки в одной термической стадии.
Повышается качество перекристаллизованных областей за счет сокращения времени между операциями вскрытия окон в маске и приведения подложки в контакт с жидким металлом-растворителем. Введение резца непосредственно в расплав исключает возможность контактирования подложки в области вскрытого окна с окружающей средой (газом, вакуумом). При этом отсутствие оксидирования подложки способствует улучшению смачиваемости поверхности металлом-растворителем, что повышает однородность параметров жидких зон в продольном и поперечном направлениях.
Изобретение относится к технологии полупроводниковых структур, а именно к технологии формирования металлических зон для зонной перекристаллизации градиентом температуры, и может найти применение в технологии изготовления фотопреобразователей. Целью изобретения является упрощение технологии изготовления и повышение качества зон. Поверхность кремниевой подложки маскируют слоем двуокиси кремния, вскрывают окна в маскирующем слое и формируют металлические зоны во вскрытых окнах путем нанесения расплава металла на поверхность подложки и изотермической выдержки при повышенной температуре при последующем удалении расплава с маскированной поверхности. По изобретению вскрытие окон осуществляют скрайбированием сплошного маскирующего покрытия под слоем расплава. Время контактирования вскрытой области с расплавом определяется шириной зоны расплава, перемещающейся по поверхности подложки, и скоростью ее перемещения, равной скорости перемещения скрайбера. Экспериментальным путем найдены оптимальные сочетания параметров процесса.