Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе



Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе
Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе
Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе
Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе

 


Владельцы патента RU 2554298:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ОНЦ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано в процессе создания многослойной структуры пористый кремний на изоляторе, например, для газовых сенсоров. Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе включает анодное травление пластины монокристаллического кремния дырочного типа, которое проводят в два этапа. На первом этапе анодного травления формируют слой макропористого кремния, а на втором этапе - слой мезопористого кремния, находящийся под слоем макропористого кремния, затем проводят сушку в вакууме и высокотемпературный отжиг. Техническим результатом изобретения является получение многослойной структуры пористый кремний на изоляторе с преимуществами развитой поверхности и изолированности от подложки кремния, а также снижение температуры отжига структуры. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано в процессе создания многослойной структуры пористый кремний на изоляторе, например, для газовых сенсоров.

Известен способ изготовления структур с изоляцией на основе пористого кремния - патент США №4104090 HansBernardPogge МПК H01L 21/76 1978 года. Согласно этому способу полностью изолированную структуру получают посредством формирования пористого кремния с пористостью 50-80% на низколегированном кремнии анодным травлением в растворе с содержанием HF 12-25%, с плотностью тока 20-60 мА/см2. Затем захороненный пористый кремний окисляли при температуре 950-1000°C в течение 17 часов в водяных парах.

Основным недостатком известного способа является достаточно большое время окисления 17 часов. В способе не предусмотрено получение развитой поверхности, изолированной от подложки кремния.

Из известных способов получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе наиболее близок к заявленному является способ, представленный в патенте США №6376859 Swanson et al. МПК H01L 29/04 2002 года. Согласно этому способу указанную структуру получают посредством формирования слоев с различной пористостью на высоколегированном кремнии анодным травлением в растворе HF/C2H5OH/H2O в пропорции 1:2:1, различную пористость получали путем изменения плотности тока 1-10 мА/см2. Предварительно отжигали при температуре 900-1100°C в атмосфере водорода в течение 5-10 минут, чтобы создать сверху монокристаллический кремний, закрывающий поры, выращивали эпитаксиальный слой кремния и сверху защитный слой нитрида кремния CVD-методом, затем окисляли захороненный пористый кремний при температуре 1325°C в течение 6 часов.

Основным недостатком известного способа является тот факт, что в способе все слои с различной пористостью окисляются. Также недостатком является достаточно большая температура 1325°C. В способе не предусмотрено получение развитой поверхности изолированной от подложки высоколегированного кремния.

Техническим результатом изобретения является:

- получение многослойной структуры пористый кремний на изоляторе с преимуществами развитой поверхности и изолированности от подложки кремния;

- снижение температуры отжига структуры.

Технический результат достигается тем, что в способе получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе, включающий анодное травление пластины кремния и последующий высокотемпературный отжиг, в качестве пластины кремния используют пластину монокристаллического кремния дырочного типа, а анодное травление проводят в два этапа, причем на первом этапе анодного травления формируют слой макропористого кремния, а на втором этапе анодного травления формируют слой мезопористого кремния, находящийся под слоем макропористого кремния, затем перед высокотемпературным отжигом осуществляют сушку в вакууме, а высокотемпературный отжиг проводят при температуре 950-1050°C в течение 180±10 минут в парах кислорода для окисления поверхности слоя макропористого кремния и захороненного слоя мезопористого кремния.

В способе монокристаллический кремний дырочного типа имеет удельное сопротивление в интервале от 11 до 13 Ом·см.

В способе анодное травление проводят в два этапа при плотности тока 2-4 и 7-20 мА/см2 в течение 100 и 10 мин соответственно.

В способе макропористый слой кремния формируют с диаметром пор 1.2-1.9 мкм и глубиной 6-7 мкм.

В способе на втором этапе анодного травления формируют слой мезопористого кремния, пористость которого составляет от 50 до 70%.

В способе сушку в вакууме пластины кремния с макропористым и мезопористым слоями осуществляют при остаточном давлении 10-2 мм рт.ст. и температуре от 140 до 160°C в течение 60±10 минут.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

На фиг.1 приведена схема получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе предлагаемым способом: позиция 1 - исходная пластина монокристаллического кремния дырочного типа, позиция 2 - пластина кремния со слоем макропористого кремния, позиция 3 - пластина кремния со слоем макропористого кремния и слоем мезопористого кремния, позиция 4 - многослойная структура пористый кремний на изоляторе. Элементы: 1 - пластина монокристаллического кремния дырочного типа, 2 - слой макропористого кремния, 3 - слой мезопористого кремния, 4 - слой SiO2 после окисления мезопористого кремния, 5 - слой макропористого кремния покрытого окислом.

На фиг.2 показано электронно-микроскопическое изображение поперечного среза макропористого кремния (фиг.1 поз.2 элемент 2).

На фиг.3 приведено электронно-микроскопическое изображение поперечного среза многослойной структуры, состоящей из слоя макропористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 2) и захороненного слоя мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3).

На фиг.4 представлено электронно-микроскопическое изображение поперечного среза многослойной структуры, состоящей из слоя макропористого кремния, покрытого окислом (фиг.1 поз.4 элемент 5), и захороненного слоя SiO2 после окисления мезопористого кремния (фиг.1 поз.4 элемент 4).

Использование пластин монокристаллического кремния дырочного типа (фиг.1 поз.1 элемент 1) позволяет анодным травлением получать слой макропористого кремния (фиг.1 поз.2 элемент 2), затем анодное травление позволяет получать слой мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3), находящийся под слоем макропористого кремния. При высокотемпературном отжиге в парах кислорода происходит покрытие макропористого кремния пленкой оксида кремния и полное окисление захороненного слоя мезопористого кремния, образуя при этом структуру пористый кремний на изоляторе (фиг.1 поз.4 элемент 4).

Для получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе использовался монокристаллический кремний дырочного типа с удельным сопротивлением в интервале 11÷13 Ом·см. При анодном травлении кремниевых пластин с удельным сопротивлением больше 13 Ом·см создание мезопористого кремния приводит к увеличению пористости. При анодном травлении кремниевых пластин с удельным сопротивлением меньше 11 Ом·см создание макропористого кремния невозможно из-за уменьшения расстояния между порами при сохранении их размера, вследствие чего происходит перекрытие большинства пор.

Получение пористого кремния последовательно двумя режимами анодного травления с плотностью тока 2-4 и 7-20 мА/см2 в течение 100 и 10 мин соответственно позволяет создавать структуру, состоящую из макропористого (фиг.1 поз.3 элемент 2) и мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3) с четко выраженными границами между разными слоями пористого кремния и кремниевой подложкой (фиг.1 поз.3 элемент 1). При плотностях тока ниже 2 мА/см2 диаметр пор макропористого кремния поучается меньше 1.2 мкм, что нежелательно, так как приводит к увеличению толщины стенок пор. Плотность тока выше 4 мА/см2 приводит к частичному разрушению стенок пор. При плотностях тока ниже 7 мА/см2 и выше 20 мА/см2 пористость мезопористого кремния получается вне интервала 50-70%. Время анодного травления было выбрано для получения пористых слоев необходимой толщины.

Пористость мезопористого кремния в пределах 50-70% позволяет получить качественный диэлектрический слой захороненного диоксида кремния. При пористости мезопористого кремния ниже 50% в процессе высокотемпературного отжига происходит неполное окисление кремния. При пористости мезопористого кремния выше 70% в процессе высокотемпературного отжига получается пористый окисленный кремний.

Сушка пластин кремния с пористыми слоями в вакууме при остаточном давлении 10-2 мм рт.ст., осуществляемая при температурах в интервале от 140-160°C, обеспечивает удаление из пористых слоев растворов электролитов и продуктов электрохимических реакций, что необходимо для качественного последующего окисления.

Полученная структура подвергалась высокотемпературному отжигу при температурах от 950 до 1050°C в парах кислорода, в результате чего образуется на поверхности макропор пленка SiO2 (фиг.1 поз.4 элемент 5) и окисленный захороненный слой мезопористого кремния (фиг.1 поз.4 элемент 4), которые изолируют слой макропористого кремния от кремниевой подложки. При высокотемпературном отжиге ниже 950°C не происходит полного окисления мезопористого кремния, а при температуре выше 1050°C значительного улучшения диэлектрического слоя не наблюдается.

Примеры выполнения способа

Пример 1.

1. Анодное травление: пластину монокристаллического кремния дырочного типа с удельным сопротивлением 12 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) обрабатывают в HF:C3H7NO 1:24 при плотностях тока 2,2 и 20 мА/см2 в течение 100 и 10 минут соответственно. При этом формируется структура, состоящая из макропористого (фиг.1 поз.3 элемент 2) и мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3) с четко выраженной границей между разными слоями пористого кремния и кремниевой подложкой (фиг.1 поз.3 элемент 1).

2. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в вакууме 10-2 мм.рт.ст. при температуре 150°C в течение 60 минут.

3. Слой макропористого кремния состоит из пор с диаметром 1.2÷1.9 мкм и глубиной 6÷7 мкм.

4. Слой мезопористого кремния имеет пористость от 50 до 70%.

5. Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 1000°C в парах кислорода в течение 180 минут.

Пример 2.

1. Анодное травление: пластину монокристаллического кремни дырочного типа с удельным сопротивлением 11 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) обрабатывают в HF:C3H7NO 1:24 при плотностях тока 2,2 и 20 мА/см2 в течение 100 и 10 минут соответственно. При этом формируется структура, состоящая из макропористого (фиг.1 поз.3 элемент 2) и мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3) с четко выраженной границей между разными слоями пористого кремния и кремниевой подложкой (фиг.1 поз.3 элемент 1).

2. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в вакууме 10-2 мм.рт.ст. при температуре 160°C в течение 50 минут.

3. Слой макропористого кремния состоит из пор с диаметром 1.2-1.9 мкм и глубиной 6-7 мкм.

4. Слой мезопористого кремния имеет пористость от 50 до 70%.

5. Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 1050°C в парах кислорода в течение 170 минут.

Пример 3.

1. Анодное травление: пластину монокристаллического кремни дырочного типа с удельным сопротивлением 13 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) обрабатывают в HF:C3H7NO 1:9 при плотностях тока 3,9 и 7,8 мА/см2 в течение 100 и 10 минут соответственно. При этом формируется структура, состоящая из макропористого (фиг.1 поз.3 элемент 2) и мезопористого кремния (фиг.1 поз.3 элемент 3) с четко выраженной границей между разными слоями пористого кремния и кремниевой подложкой (фиг.1 поз.3 элемент 1).

2. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в вакууме 10-2 мм.рт.ст. при температуре 140°C в течение 70 минут.

3. Слой макропористого кремния состоит из пор с диаметром 1.2-1.9 мкм и глубиной 6-7 мкм.

4. Слой мезопористого кремния имеет пористость от 50 до 70%.

5. Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 950°C в парах кислорода в течение 190 минут.

Многослойные структуры пористый кремний на изоляторе, изготовленные предлагаемым способом, имеют следующие типичные характеристики.

1. Диаметр пор макропористого кремния, составляет 1.2-1.9 мкм, а глубина 6-7 мкм (фиг.2).

2. Пористость слоя мезопористого кремния (фиг.3) составляет от 50 до 70%,

- имеет толщину 6-7 мкм после высокотемпературного отжига,

- полностью окисляется (фиг.4).

3. Толщина слоя оксида кремния на стенках макропор в результате термического окисления составляет 0,2 мкм.

Использование заявляемого способа получения многослойных структур обеспечивает следующие преимущества:

- получение развитой поверхности изолированной от подложки высоколегированного кремния за счет окисления мезопористого кремния;

- снижение температуры отжига структуры;

- создание на полученной структуре газовых датчиков с повышенной чувствительностью, так как при осаждении чувствительного элемента на развитую поверхность, его удельная площадь поверхности будет намного больше, чем на плоской поверхности, что увеличивает газовую чувствительность этого элемента.

1. Способ получения многослойной структуры пористый кремний на изоляторе, включающий анодное травление пластины кремния и последующий высокотемпературный отжиг, отличающийся тем, что в качестве пластины кремния используют пластину монокристаллического кремния дырочного типа, а анодное травление проводят в два этапа, причем на первом этапе анодного травления формируют слой макропористого кремния, а на втором этапе анодного травления формируют слой мезопористого кремния, находящийся под слоем макропористого кремния, затем перед высокотемпературным отжигом осуществляют сушку в вакууме, а высокотемпературный отжиг проводят при температуре 950-1050°C в течение 180±10 минут в парах кислорода для окисления поверхности слоя макропористого кремния и захороненного слоя мезопористого кремния.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что монокристаллический кремний дырочного типа имеет удельное сопротивление в интервале от 11 до 13 Ом·см.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анодное травление проводят в два этапа при плотности тока 2-4 и 7-20 мА/см2 в течение 100 и 10 мин соответственно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что макропористый слой кремния формируют с диаметром пор 1.2-1.9 мкм и глубиной 6-7 мкм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на втором этапе анодного травления формируют слой мезопористого кремния, пористость которого составляет от 50 до 70%.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку в вакууме пластины кремния с макропористым и мезопористым слоями осуществляют при остаточном давлении 10-2 мм рт.ст. и температуре от 140 до 160°C в течение 60±10 минут.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии изготовления многоуровневой металлизации сверхбольших интегральных микросхем (СБИС). Способ изготовления медной многоуровневой металлизации СБИС многократным повторением процессов изготовления типовых структур, состоящих из медных горизонтальных и вертикальных проводников и окружающих их диэлектрических слоев с низким значением эффективной диэлектрической постоянной, включает нанесение на полупроводниковую пластину металлических слоев, фотолитографию, локальное электрохимическое нанесение меди и защитных слоев на ее поверхность.

Изобретение относится к способу выполнения отверстия в слое материала. Создают первые и вторые адгезивные области на поверхности подложки.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления приборных структур. В подложку из кремния проводят имплантацию ионов с формированием слоя, предназначенного для переноса.

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники. Способ изготовления диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения, заключается в нанесении нанокомпозитной пленки оксинитрида кремния с включенными кластерами кремния.
Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов. Способ изготовления изолирующих областей полупроводникового прибора включает формирование внутри p-кармана возле его края сильнолегированной p+ - области имплантацией ионов бора с энергией 100-120 кэВ, концентрацией 1,6·1018 см-3 с последующим отжигом при температуре 400-500°C в течение 30 минут.

Изобретение относится к технологии изготовления сверхбольших интегральных схем (СБИС) в части формирования многоуровневых металлических соединений. Способ формирования многоуровневых медных межсоединений СБИС по процессу двойного Дамасцена через двухслойную жесткую маску включает нанесение слоя изолирующего диэлектрика на пластину, в теле которого будут формироваться проводники многоуровневой металлизации интегральной схемы, нанесение поверх изолирующего диэлектрика нижнего слоя двухслойной жесткой маски двуокиси кремния и верхнего слоя двухслойной жесткой маски, формирование на верхнем слое двухслойной жесткой маски топологической маски из резиста, травление верхнего слоя двухслойной жесткой маски по топологической маске из резиста, удаление остаточного резиста с поверхности топологического рисунка, сформированного в верхнем слое двухслойной жесткой маски, травление нижнего слоя двухслойной жесткой маски двуокиси кремния по топологическому рисунку верхнего слоя двухслойной жесткой маски, вытравливание траншей и переходных контактных окон в слое изолирующего диэлектрика по топологическому рисунку в двухслойной жесткой маске, заполнение сформированных траншей и переходных контактных окон слоем металлизации и удаление избыточного объема нанесенного металла с поверхности пластин, при этом в качестве материала верхнего слоя жесткой маски используют слой вольфрама.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии. В аморфный изолирующий слой SiO2 подложки Si осуществляют имплантацию ионов легко сегрегирующей примеси, способной формировать нанокристаллы в объеме слоя SiO2-Si+ или Ge+.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано для изготовления приборных структур. В способе изготовления структуры кремний-на-изоляторе в аморфный изолирующий слой SiO2 подложки кремния осуществляют имплантацию ионов легко диффундирующей примеси, удаляющей нерегулярные связи и насыщающей оборванные связи в слое SiO2 и/или на границе раздела между слоем SiO2 и поверхностным слоем кремния - F+.

Изобретение относится к подложке схемы, дисплейной панели и дисплейному устройству. .

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а именно к конструкции диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости. Особенность предлагаемой конструкции состоит в том, что внутри основной диэлектрической пленки - широкозонного полупроводника из оксида и/или нитрида кремния или их сплавов с углеродом или германием, со встроенными наноразмерными кластерами кремния - сформированы 1-5 слоев материала на базе кремния толщиной 1-5 нм, отличающихся от материала основного слоя химическим составом и меньшей шириной запрещенной зоны. Техническим результатом изобретения является получение диэлектрических слоев на базе кремния для МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости, позволяющее получать МДП структуры малой площади при повышении выхода годных структур. 2 ил.

Изобретение относится к твердотельной электронике. Изобретение заключается в том, что на изоляторе формируют поверхностный слой полупроводника. В изоляторе на расстоянии от поверхностного слоя полупроводника, меньшем длины диффузии носителей заряда, возникающих при облучении внешним ионизирующим излучением, формируют путем имплантации ионов легкого газа и последующего высокотемпературного отжига дефектный термостабильный слой с высокой рекомбинационной способностью указанных носителей заряда и создают в этом дефектном слое термостабильные микропоры. В качестве подложки может использоваться изолятор, в качестве изолятора - сапфир, в качестве полупроводника - кремний, а в качестве легкого газа - гелий. Изобретение обеспечивает повышение радиационной стойкости, улучшение электрических свойств этих структур и упрощение способа их изготовления. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для изготовления полупроводниковых структур с низкой плотностью дефектов и устойчивых к тиристорному эффекту. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления полупроводникового прибора включает процессы легирования и отжига, в кремниевой пластине области кармана р-типа проводимости формируют имплантацией двухзарядных ионов бора В2+ с энергией 350-400 кэВ, дозой 3,1 * 1013 см-2, а области кармана n-типа проводимости - имплантацией трехзарядных ионов фосфора Р3+ с энергией 600 кэВ, дозой 1,3*1013 см-2, с последующей термической обработкой полупроводниковых структур при температуре 900°С в течение двух часов в кислороде. Технический результат - обеспечение возможности снижения плотности дефектов и подавления тиристорного эффекта, обеспечение технологичности; улучшение параметров, повышение надежности и увеличение процента выхода годных приборов. 1 табл.

Использование: для формирования изображения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство формирования изображений содержит полевой транзистор с p-n-переходом, обеспеченный на полупроводниковой подложке, при этом полевой транзистор с p-n-переходом включает в себя область канала первого типа проводимости, истоковую область первого типа проводимости, первую область затвора второго типа проводимости, вторую область затвора второго типа проводимости, третью область затвора второго типа проводимости и четвертую область затвора второго типа проводимости, первая область затвора и вторая область затвора расположены в направлении вдоль поверхности полупроводниковой подложки, третья область затвора и четвертая область затвора расположены в направлении вдоль поверхности полупроводниковой подложки, первая область затвора и третья область затвора расположены в направлении глубины полупроводниковой подложки, первая область затвора расположена между упомянутой поверхностью и третьей областью затвора, вторая область затвора и четвертая область затвора расположены в направлении глубины, вторая область затвора расположена между упомянутой поверхностью и четвертой областью затвора, область канала включает в себя первую область, которая расположена между первой областью затвора и третьей областью затвора, и вторую область, которая расположена между второй областью затвора и четвертой областью затвора, истоковая область расположена между первой областью затвора и второй областью затвора, и полупроводниковая область второго типа проводимости, имеющая концентрацию примеси, которая ниже, чем концентрация примеси третьей области затвора, и ниже, чем концентрация примеси четвертой области затвора, расположена между третьей областью затвора и четвертой областью затвора. Технический результат: обеспечение возможности улучшения характеристик полевого транзистора с p-n-переходом. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх