Способ изготовления полупроводниковых структур

(23) Приоритс 1) %РН 011117321 б (33) ГД Государствеикый кавитеСовета Микистрао СССГое делам изебретекийи открытий 3) ДК 6 о 1 382(088 8) 7. Бюллетень Ъе 24 описания 08.08./Опубликовано 30.06 Дата опубликован хард Шик ко ДР(71) Заявитель анное предприятиефюр фернзэеэлектроник(ГДР) Ф СОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЬ СТРУКТУР 2 денця легпр ющего маник с помощью ионно(72) АвторыизобретенияМихаэль Хаубольд, Герфрид Изобретение относится к ионно-лучевои технологии изготовления полупроводниковых приборов, пассивированных изолирующим слоем.Известно, что в планарной технологии, в частности при изготовлении кремниевых полупроводниковых элементов, стремятся защитить р - п переходы уже при возникновении при помощи изолирующих слоев на наружной поверхности в процессе их изготовления. Тем самым избегают нестабильностей полупроводниковых элементов, которые обусловлены средой, прежде всего влажными газами.Как известно, при планарной технологии наружную поверхность полупроводникового кристаллического диска, чаще всего предварительно равномерно легированного, полностью покрывают слоем изолирующего материала С 1. Слой изолирующего материала состоит в основном из окисла используемого полупроводникового материала, из окиси кремния, В этом изолирующем слое методом фотолитографии делают отверстия. Через этц отверстия в полупроводниковый кристалл проводят диффузию легирующей примеси, которая обуславливает инверсию типа проводимости. Изолирующий слой служит при этой операции диффузионной маской, Легирующий материал проИностранцыХайзе, Хартвин Оберник и вякает как в гл)оь кристаллического диска, так и в ооковом направлении, Тем самым цод изолирующим слоем образуется р - и переход.В процессе диффузии из газообразной фазы 5 возникает слой изолирующего материала ввидее стекла. Для контактировацця цлц для по.следующей диффузии вновь вытравливают со ответствующие отверстия. Для изготовленц.сложных полупроводниковых структур необхс 10 димо большое число операций, К этому следует добавить, что расположение структур тре оует точной юстцровки прц изготовлении отверстий.1 роме того, в этом способе проявляются 15 недостатки диффузионной технологии. Диффузионная обработка в окисляющей атмосфере ведет к уменьшению концентрации легирующей примеси на поверхности полупроводника и истощению легированных слоев полуцро водчика, например в результате перехода вокисел полупроводника. Так как подача диффузионного материала це может дозцроваться в достаточной степени, то наблюдается цевоспроизводцмость отдельных полупроводнцко вых структур.Известен способ вветериала в полупроводго внедрения Г 2. Способ позволя г осуцесв лять легирование более точно и равномерно. В этом способе в каестве масок также ц- пользуются изолирующие слон.Недостатком способа является то, что р - и переход из-за прямо)иейо о вцс,репя иоцов и незначительного бокового расссясцця во время проникновения лсгирующего материала остается плохо защищенным.Известен спосоо изготовления полу)роводциковых структур, пассивированцых зол)- руощим слоем, включающий нанесение зол руощего слоя на полупроводниковую пласп- ну, локальное внедрение ионов легцруоцтец примеси в изолирующий слой, последуюшу о диффузионную разгонку примеси цз изолирующего слоя в полупроводник и из:отопление контактов 3. В этом способе р - и переходы защищены уже в процессе их изготовления.Недостатком этого способа является необходимость точной юстировки прц изготовленынескольких легированных слоев и коцактов к ццм, что усложняет способ.Целью изобретения является упрощение способа путем устранения операций тоноц юстировки.Цель достигается тем, что внедрение ионов производят на глубину, соответстгующую граничной области изолирующего слоя и цо. упроводника, а перед диффузионной разгокой производят травление изолирующего слоя о появления видимьх углублений на облучсшых участках. (Эти углубления показывают место для последующего изготовления контактов).Для изготовления контактных окон проводят повторное внедрение ионов и повторное травление изолирующего слоя на всю его толщину.В способе используются известные данные об ускорении травления изолирующих слоев, в частности окисла кремния, облучением ионами.Требуемые формы отверстий в изолируощих слоях изготавливаются по этому способу без дорогостоящих, например фотолитографцческих, способов получения масок для травления.На фиг, 1 - 5 изображена последовательность операций.На подложку 1 нанесен эпитаксиальцый слой 2, а сверху на него - защитный слой 3.На фиг, 1 показано внедрение ионов 4 через отверстие 5 в маске 6 в область 7, расположенную,на границе 9 защитното слоя 3 и эпитаксиального слоя 2, нанесенного на подложку 1. Над накопительной областью 7 остается нелегированная область 9 защитного слоя.На фиг. 2 - травление, в результате которого образуется углубление0 в защитном слое 3.На фиг. 3 - диффузионная разгонка ц обрлзование легированной области 11,На фиг. 4 - вторичное оолучецие через отверстие 12 в маске 13 ионами 14 ц образование легированной области 15.) 1 15 20 2 д 3, 3. 40 45 50 6 О 65 4фц. - орц шос рмлецис и удале ние области 16 (контактных отверстий) защитно о слоя.Способ осуществля тл еле;ующим обри11) лероцом (проводы мости )2-цца) диске цз (1 аЛв 1 в (подложке) 1 эцитаксиал - цо осаждается слой СаЛвР, с проводимост)о -тица и ,концентрацией доноров 2 10" омсм. Эцитаксиальцый слой 2 сплошь покрыт защитным слоем из окиси кремния толщиной 150 мкм. С начала внедряются ионы цинка с дозой 2 10" см -с энергией 150 КэВ. При этом образуется накопительный слой 7 из лсгирующс о материала. Накопительный слой тянется до граничного слоя 8 между защитцьв слоем Зиэпитаксиальцым слоем 2.Затем облученный диск без других травилыых масок или им подобных на 30 сек погружают в травильную ванну известного состава из цлавиковои кислоты и фторида аммония. Облученные области слоя окиси кремния исчезают при этом быстрее, чем необлученные, так что после указагНого времени травления в облученных ооластях хорошо просматриваюгся углубления от 10 до 15 нм (фиг. 2).11 а следуошем этапе (фиг. 3) травленые диски нагревают в течение 2 час в печи при температуре 850 С. При нагревании накопле- цый легирующий материал диффундирует в эпитаксиальный слой 2. Образуется зона 11 с проводимостью р-типа с концентрацией 3 10" атом)см на поверхности с глубиной проникновения 1,3 мкм в узких допусках. Затем диск в травленых углублениях вторично облучается ионами при дозе 1,3 10" ем ви энергии 200 КэВ. Ионы, проникающие в зону 11 с проводимостью р-типа, образуют область 15 с проводимостью р+ (фиг. 4),В заключение диски травят еще раз. При этом дважды облученные области защитного слоя 3 удаляются быстрее. Травление продолжается до освобождения наружной поверхности 8 эпитаксиального слоя 2 (фиг. 5).При этом в защитном слое возникают над обогащенными областями 15 контактные отверстия 16.В способе используется известное явление изменения скорости травления защитных, в частности оксидных, слоев после ионного внедрения. Скорость травления изолирующих слоев зависит от дозы и вида ионного луча и может меняться. Луч можно отклонять электрическими способами и облучать требуемые геометрические фигуры на изолирующем слое. Облучение нару)кной поверхности можно ограничить также,при помощи маски. Облученные области наружной поверхности удаляюгся быстрее, чем цеоблученные.Способ может использоваться при изготовлении транзисторных и диодных структур.Для получения транзисторных структур сначала внедряются ионы примеси, создающей инверсию проводимости в пластине полупроводника, а во второй операции внедрения ис 563704д 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пользуются ионы примеси, приводящей к проводимости того же тига, что и исходная пластина.В случае диодных структур вторая операция внедрения используется для изготовления контактов. При этом внедряется примесь, аналогичная первой, причем для хорошего коцтактирования лучше всего применять ионы металла.В предлагаемом способе наружная поверхность полупроводника при внедрении в накопительный слой легирующей примеси все время закрыта защитной пленкой, Накопительный слой состоит из двух составляющих: изолирующего слоя и наружной части тела полупроводника, Максимум распределения концентрации расположен внутри полупроводникового кристалла. Глубина определяется энергией облучения.Выбором энергии и дозировкой легирующе,го материала можно достигнуть значительной абсорбции концентрации примесей в защитном слое, тем самым сберегается тело полупроводника, Таким образом можно в дальнейшем ,получать прецизионные источники легирующе,го материала с воспроизводимыми концентрациями легирующего материала в узких допусках, в частности выше границы растворимосги в твердом теле, Способ используется независимо от скорости диффузии различных легирующих примесей.Поскольку над накопительной областью существует нелегированная область, то в способе отсутствует истощение на наружной поверхности из-за обратной диффузии, так что это не вредит концентрации быстро диффундирующих летирующих материалов, Благодаря замкнутости изолирующего слоя избегают краевых эффектов, которые возникают на краях масок. Термическое разложение и эрозионные явления на наружной поверхности чувствительного широкоэкранного полупроводника устраняются. Этот момент существенен для получения равномерных фронтов р - и переходов.Операции юстировки и экспозиции, связанные с обычными хемитрафическими процессами, которые должны осуществляться для травления диффузионных и контактных отверстий в маскировочных слоях, упрощаются или не нужны вовсе. Кроме того, упрощается процесс травления, так что даже незна и- тельные неровности на наружной поверхности, которые делают невозможным изготовление тонких структур травления, теперь не создают помех. Так как в этом способе нет необходимости в лаковых масках, то значительно уменьшаются проблемы, возникающие из-за травления окисцых ц цитридных слоев на краях.Оптоэлектронные элементы, изготавливаемые по,предлагаемому способу, имеют целый ряд технологических преимушеств. Доступ нежелательных примесей, которые образуют глубокие центры в зонах пространственных зарядов ц в области инъекции, прекращен, Нежелательные центры, уже находящиеся ц теле полупроводника, могут быть удалены обычным ооразом при помощи геттерцого поглощения. Благодаря этому существенно уменьшается появление токов утечки и безизлучательных переходов.Использование предлагаемого способа нн в коем случае не ограничивается приведенным примером. При помощи различных легирующих материалов можно комбинировать изготовление различных полупроводниковых структур. Для некоторых случаев применения выгодно лишь несущественно изменять положение и распределение внедренных легирующих примесей при нагревании,Способ позволяет изготавливать улучшенные интегральные и оптоэлектронные элементы без усложнения технологии, удовлетворяя растущим требованиям, предъявляемым к элементам с точки зрения легирующих материалов, центров рекомбинации, свойств защитных слоев и оптических поверхностей.Способ пригоден в массовом производстве, Способ повышает процент выхода элементов ц уменьшает разброс параметров элементов. Формула изобретения 1, Способ изготовления полупроводниковых структур, пассивированных изолирующим слоем, включающий нанесение изолирующего слоя на полупроводниковую пластину, локальное внедрение ионов легирующей примеси в изолирующий слой, последующую диффузионную разгонку примеси из изолирующего слоя в полупроводник и изготовление контактов, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, внедрение ионов производят на глубину, соответствующую граничной области изолирующего слоя и полупроводника, а перед диффузионной разгонкой производят травление изолирующего слоя до появления видимых углублений,2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи й ся тем, что, с целью изготовления контактных окон, проводят повторное внедрение ионов и повторное травление изолирующего слоя на всю его толщину.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Мазель Е. 3. и др. Планарная технология кремниевых приборов, М., 1974, с. 173 - 175.2. Майер Дж. и др. Ионное внедренце полупроводников, М., 1972, с. 251 в 2,3. Патент С 111 А Хо 3607449, кл. 148 - 1.5, 1971.13035,Типотрафия, ир. СанунОВ аказ 1665/13 ИЦНИИПИ Госуд д. М 620 Тираж 9 ствснного комитета Совета Ми делам изобретений и открытий осква, Ж, Рауьнская иаб., д Подписноестнов СССР