Способ изготовления i-области

 

Использование: в технологии полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: по способу изготовления i-области для повышения удельного сопротивления i-области при комнатной температуре проводят анодную электрохимическую обработку незащищенных учасков низкоомных кремниевых пластин в 48%-ном водном растворе плавиковой кислоты при плотности тока 10 - 60 мА/см² в течение 10 - 60 мин.

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов и может применяться при производстве полупроводниковых структур и кремниевых интегральных схем.

Известен способ создания i-области в полупроводниковых кремниевых структурах [1] заключающийся в том, что используется пластина монокристаллического кремния с удельным сопротивлением выше 3000 Ом ˙см, в которую вводятся легирующие примеси для создания p- и n-областей. Внутренняя часть пластины, куда примеси не проникают, является i-областью.

Недостатками этого способа является то, что проводимость в i-области только приближается к собственной и удельное сопротивление не имеет достаточно высоких значений. Кроме того, данный способ невозможно использовать в технологии интегральных микросхем.

Наиболее близким заявляемому способу является способ [2] заключающийся в том, что методом эпитаксиального выращивания наносят высокоомный слой кремния (i-слой) на низкоомную (сильно легированную) кремниевую пластину.

Однако и в данном способе невозможно достигнуть высоких значений удельного сопротивления. Кроме того, способ является высокотемпературным, достаточно сложен и не всегда обеспечивает достаточных величин толщины i-слоя.

Для повышения удельного сопротивления i-области до аномально высоких значений по способу, включающему обработку низкоомной кремниевой пластины, проводят при комнатной температуре анодную электрохимическую обработку незащищенных участков пластины в 48%-ном водном растворе плавиковой кислоты при плотности тока 10-60 мА/см² в течение 10-60 мин. Получают слой пористого кремния (i-слой) толщиной 10-200 мкм с удельным сопротивлением 10⁵-10⁸ Ом ˙см, обладающий собственной проводимостью. Удельное сопротивление полученной i-области значительно превосходит удельное сопротивление чистого собственного кремния ρ_isi= 2,3 ˙ 10,⁵ Ом ˙см [3] Физическая основа предлагаемого способа заключается в том, что пористый кремний представляет собой монокристаллическую кремниевую матрицу (остов), пронизанную сетью микропор. В процессе образования пор происходит очищение монокристаллического остова пористого кремния от введенных ранее в кремний примесных атомов, что приводит к резкому снижению концентрации носителей заряда и обеспечивает собственную проводимость по слою пористого кремния. Аномально высокие значения удельного сопротивления объясняются тем, что наряду с собственной проводимостью появляется дополнительное рассеяние носителей на порах. Собственный характер проводимости подтверждается температурными зависимостями удельного сопротивления высокоомных слоев пористого кремния, на которых наблюдаются активационные участки, соответствующие области собственной проводимости. Изменение времени обработки позволяет строго задавать требуемую толщину i-области.

Пример реализации. Использовались исходные монокристаллические пластины кремния марки КДБ-0,03 ориентации (111). Пластина помещалась в середину герметичной фторопластовой ванны, по обеим сторонам пластины на одинаковом расстоянии устанавливались платиновые электроды. Ванна заполнялась электролитом 48%-ным водным раствором плавиковой кислоты. Через платиновые электроды от источника питания пропускался постоянный ток. Анодирование проводилось при плотности тока 10 мА/см² в течение 10, 30 и 60 мин. При этом в зависимости от времени обработки формировался слой пористого кремния (i-слой) с толщинами 17, 37 и 62 мкм соответственно. Удельное сопротивление слоев при этом составляло 1,7 ˙ 10⁶, 1,2 ˙ 10⁶, 3 ˙ 10⁶ Ом ˙ см, что на 8 порядков превосходит удельное сопротивление для исходных пластин. Температурные зависимости удельного сопротивления в интервале температур 300-500 К носили активационный характер с удвоенной энергией активации 1,5; 1,3; 1,4 эВ, что соответствует собственной проводимости при ширине запрещенной зоны пористого кремния 1,1-1,7 эВ. Тип проводимости i-слоя, определенный методом термозонда, был электронным, что согласуется с условием μ_n > μ_p ( μ_n и μ_p подвижности электронов и дырок соответственно) для собственного кремния.

Предлагаемым способом можно получать i-слои толщиной 10-200 мкм на сильно легированных кремниевых пластинах как p-, так и n-типа проводимости. Процессы получения i-области являются низкотемпературными, так как протекают при комнатной температуре, и совместимыми с базовыми технологиями изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Остов пористого кремния сохраняет монокристаллическую структуру, поэтому на поверхности пористого кремния могут быть сформированы последующие элементы интегральных схем.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ I-ОБЛАСТИ, включающий обработку низкоомных пластин кремния, отличающийся тем, что обработку проводят при комнатной температуре путем анодирования незащищенных участков кремниевой пластины в 48%-ном водном растворе плавиковой кислоты при плотности тока 10 - 60 мА/см² в течение 10 - 60 мин.