Способ изготовления полупроводниковых структур

101774476 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Юаюз Йветекик Сециапистическик Республик(45) Дата опубликования описания 30.10.82(51) М. Кл." 1. 213 сударственный комите ссср делам нзобрет и открытийй Прочухан, Л. С, Костина, Г. К. Аверкие и О, К. Семчиновако-технический институт им. А. ф, Иоф ГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИ КОВЬ СТРУКТУР 54) СПОС Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления кремниевых фотопреобразователей (фотодиодов, солнечных элементов, фототранзисторов, фототиристоров), и приборов инжекционного типа (диодов, транзисторов и тиристоров),Известно, что применение в качестве крайних эмиттерных слоев полупроводниковых приборов материала с большей шириной запрещенной зоны, чем у. материала. подложки, существенно увеличивает фото- чувствительность фотопреобразователей и улучшает инжекционную способность эмиттерных слоев в приборах инжекционного типа.Перспективными материалами для образования таких гетеропар с кремнием являются тройные соединения элементов второй и пятой групп с кремнием (соединения АЯС) кристаллизующиеся в родственной кремнию структуре халькопирита, имеющие близкие к кремнию параметры решетки, обладающие большой шириной запрещенной зоны, образующие с кремнием широкую область твердых растворов по разрезу 5 ь - (А 51 С,а), со стороны кремния в структуре цинковой обманки. омощь рытой наращивания на кремни диого из тройных соеди Известен спосевую подложку(72) Авторы изобретения И, В. Грехов, В,71) Заявитель Ордена Ленина нений, а именно Хп 51 Р с п ю газотранспортных реакций в от проточной системе 1.Недостатками этого способа является то,5 что переход 51 - Хп 51 Р имеет резкую границу без промежуточного слоя твердого раствора и, вследствие этого, на границе возникает большое количество дефектов и трещин, а слой ХпЯР является поликристал 10 лическпм.Наиболее близким техническим решением является способ изготовления полупроводниковых структур, включающий образование на кремниевой подложке слоя, со 15 держащего элементы второй и пятой группы (2.Недостатком этого способа является то,что смачивание кремниевой подложки металлом-растворптелем всегда происходит20 неравномерно, что не позволяет получатькачественные слои Хп 51 Ра на большой площади. Кроме того, как и в вышеописанномспособе, резкая граница между 51 и Хп 51 Рприводит к образованию дефектов,25 Целью изобретения является получениебездефектной структуры типа К, -,(АЯС 2) 1 с заданными электрофизическими свойствами.Поставленная цель достигается тем, что30 элементы второй и пятой групп берут сатомнымоотношением 1: 2, помещают50 )60 55 3вместе с кремниевой подложкой в вакуумированный объем и выдерживают при 900 - 1100 С не менее 30 мин, кроме того, кремниевую подложку предварительно легируют элементом пятой группы до поверхностной концентрации 10 в " в 10 в " см-" на глубину 1 - 10 мкм.Бездефектность структуры достигается тем, что:образование слоя А 281 С"2 происходит за счет химической реакции между поверхностным слоем кремниевой подло 2 кки и элементами второй и пятой групп, находящимися в парообразном состоянии в замкнутом объеме, поэтому образование слоя происходит однородно на всей поверхности при любой площади подложки;количество вступающих в реакцию веществ строго контролируется величиной навески элементов второй и пятой групп, температурой и временем выдержки, это дает возможность перевести поверхностный слой кремниевой подложки в слой твердого раствора А 1 151 С 2 Ь 1 х(0, имеющего параметры решетки, практически совпадающие с решеткой кремния, и обеспечить отсутствие дефектов как в слое твердого раствора, так и на его границе с кремнием;то обстоятельство, что поверхностный слой подложки полностью переходит в твердый раствор, облегчает требования к качеству обработки поверхности подложки.П р и м е р 1, В кварцевую ампулу объемом 10 см помещают пластинку монокристаллического кремния, имеющую площадь 1 см, а также навеску магния и фосфора, находящуюся в тигле из стеклоуглерода. Навеска рассчитывается таким образом, чтобы количество атомов магния и фосфора соотносилось как 1: 2, что соответствует соотношению Мц и Р в соединении Мд 81 Р 2 стехиометрического состава. Кроме того, при расчете навески необходимо принимать во внимание то обстоятельство, что концентрация фосфора в ампуле не должна превышать 10 мг/см во избежание взрыва.В тигель загружают 38,1 мг магния 95 мг фосфора, Ампулу вакуумируют, запаивают и помещают в печь, позволяющую на определенном этапе отжига создавать градиент температуры, Ампулу нагревают в изотермических условиях до 1000 С, выдерживают при этой температуре в течение 1 ч, проводят охлаждение в режиме выключенной печи до 450 С, а затем продолжая охлаждение, создают градиент температуры 10"/см с таким расчетом, чтобы кремниевая пластинка и тигель находились в более горячей зоне, а остаточный фосфор отгоняли в более холодную зону.Установлено, что при этом на поверхности кремниевой пластинки с исходным дырочным типом проводимости (р 20 ом см) образуется слой с электронным типом проводимости, Исследования на микрорентге 10 15 0 25 30 35 40 45 новском анализаторе позволили установить, что:профили распределения Мд и Р повторяют друга друга, а соотношение Мд: Р=- 1:2, иными словами, происходит образование твердых растворов по разрезуМЯ 81 Р 2при температуре 1000 С в течение 1 ч образуется слой, толщиной не менее 3 мкм,имеющий концентрацию Мд не менее3 ат% и концентрации Р не менее 6 ат%,что в пересчете на упомянутый разрез даеттвердый раствор 12 мол. % МдЯР 2 -88 мол. % Ы, что соответствуетМд 1 ЯР 21 , где Х=0,967,Нами было установлено также, что увеличение времени обработки по сравнениюс приведенным примером исполнения до5 ч при прочих равных условиях имеетследствием увеличение толщины слоя до12 - 15 мкм и увеличение концентрации Мди Р до величин, соответственно, не менее6 и 12 ат%, Методом рентгеноструктурногоанализа показано, что слой является монокристаллическим. Измерения ширины запрещенной зоны на поверхности методомповерхностной фото ЭДС показали, чтоширина зоны на 0,5 ео больше, чем у кремния, и составляет 1,62 ео. Выращенныйслой имел и-тип проводимости, концентрацию носителей - 10" см - 2 и подвижностьэлектронов 40 - 50 см/с.Время жизни неосновных носителей вр-базах диодов, изготовленных по предложенному способу, составляет величину порядка 10+50 мкс, т. е. примерно равновремени жизни в п+ р диода, изготовленныхметодом диффузии фосфора в р-кремний.Этот факт свидетельствует о несущественном проникновении Мд в материал подложки и его слабом влиянии на ее электрофизические свойства.Из приведенных данных следует, чтоЯ, - Мд 1-,51 Р 2 1 гетеропереход обладаеточень хорошими фотоэлектрическими и инжекционными свойствами, что свидетельствует о бездефектности структуры. П р и м е р 2. В пластинах р-кремния проводят диффузию фосфора на глубину 5 мкм с поверхностной концентрацией 5 10 ц см - з, затем пластины помещают в ампулу с навеской цинка и фосфора, рассчитанной таким образом, чтобы количество атомов цинка и фосфора соотносилось, как 1: 2, ампулу вакуумируют и помещают на 30 мин в печь так, чтобы пластина находилась в зоне, температура которой была 950 С, а температура в области навесок была на 100 - 200 С ниже во избежание осаждения цинка из газовой фазы на поверхность пластины при охлаждении. Рентгеновский микроанализ показал, что на поверхности образуется твердый раствор Хп 1, 1 ЫР 21й-типа с Х=0,9; вглубь пла774476 Формула изобретения Составитель Г. Угличина Техред В. Рыбакова Корректор Е. Хмелева Редактор Е. Зубиетова Заказ 1673/13 Изд. Хе 242 Тираж 758 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 стины величина Х увеличивается, и на глубине 10 мкм Х=1. Эта граница совпадает с глубиной залегания и+р-перехода. Время жизни неосновных носителей в р-базе составляло 5 мк/с. При изготовлении образцов без предварительного легирования поверхности пластины фосфором время жизни в р-базе составляло 0,3 мк/с и определялось рекомбинацией на глубоких примесных уровнях, соответствующих атомам цинка. Этот факт свидетельствует о том, что предварительно легированный фосфором поверхностный слой препятствует диффузии цинка в подложку. 15Применение описываемого способа позволит получить широкозонные бездефектные слои на кремнии с заданными электрофизическими свойствами, т. е. повысить фото- чувствительность кремниевых фотопреобразователей за счет эффекта широкозонного окна, а также увеличить коэффициент усиления транзисторов, уменьшить остаточные напряжения диодов и тиристоров за счет улучшения инжекционной способности эмиттеров. 1, Способ изготовления полупроводниковых структур, включающий образование на кремниевой подложке слоя, содержащего элементы второй и пятой группы, о тл ича ю щий с я тем, что, с целью получения бездефектнойструктуры типа Я - (АЯС) 1 с заданными электрофизическими свойствами, элементы второй и пятой группы берут с атомным соотношением 1: 2 соответственно, помещают вместе с кремниевой подложкой в вакуумированный объем, выдерживают при температуре 900 - 1100 не менее 30 мин,2, Способ по п, 1, отличающийся тем, что кремниевую подложку предварительно легируют элементом пятой группы до поверхностной концентрации 10-" - 10 в " см вна глубину 1 - 10 мкм.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Сцг 11 з В., %11 д Р, Ма 1. Кез Вц 11, 5, Юв 2 1970, р. 69 - 72.2. Власенко П. В. и др. Кристаллография, 20, Уа 4, с, 1082, 1974 (прототип),