Способ легирования полупроводниковых пластин

Изобретение относится к технологии, связанной с процессами легирования и диффузии примесей в полупроводники, а именно к способам диффузионного перераспределения примеси с поверхности по глубине полупроводниковых пластин, и может быть использовано в производстве солнечных фотоэлементов, полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. В способе легирования полупроводниковых пластин к подложке подводят электрод, содержащий легирующий материал, и обрабатывают электрическими импульсами с большой плотностью энергии. В месте контакта электрода материал подложки локально проплавляется и происходит легирование полупроводника материалом электрода. Время обработки материала не превышает нескольких микросекунд. Техническим результатом изобретения является низкая себестоимость, высокая производительность и получение резкой границы диффузионной зоны.

 

Изобретение относится к технике, связанной с процессами легирования и диффузии примесей в полупроводники, а именно к способам диффузионного перераспределения примеси с поверхности по глубине полупроводниковых пластин, и может быть использовано в производстве солнечных фотоэлементов, полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Известен наиболее распространенный способ легирования полупроводников для создания полупроводникового (р-n) перехода методом диффузии при нагревании пластины с нанесенным диффузантом в диффузионных термических установках (1).

Недостатком известного способа легирования полупроводников является большая продолжительность обработки, сложность оборудования и перепыление диффузантов в процессе технологической операции.

Известен способ легирования полупроводников методом ионной имплантации (2). Процесс относится к категории «сухих» технологий и позволяет создавать воспроизводимые слои. Однако имеются нарушения кристаллической структуры, аморфизации поверхностных слоев и повышенная стоимость технологии. Недостатком является сложность, громоздкость, а следовательно, высокая стоимость оборудования и обслуживания, радиационная опасность, повышенная опасность из-за высокого напряжения и токсичности используемых веществ.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ легирования (3), в котором на полупроводниковую подложку наносят тонкую пленку легирующего материала и обрабатывают мощными лазерными импульсами. После окончания импульса расплавленный слой начинает затвердевать со скоростями до 109 К/с. Скорость затвердевания зависит от мощности лазерного импульса и от температуры подогрева подложки. С помощью такой технологии удается создавать уровни легирования на уровне пределов растворимости или неравновесное легирование выше пределов растворимости.

Легирование происходит быстро. Лазерное легирование позволяет получить высокое качество полупроводникового (р-n) перехода и возможность селективного легирования. Однако до сих пор лазерное легирование не получило широкого распространения при изготовлении солнечных элементов из-за дорогой лазерной техники и необходимости дорогого ремонта и наладки оборудования.

Целью изобретения является создание способа легирования, который позволяет осуществлять экономически эффективное легирование (в том числе и селективное) с контролируемыми параметрами (р-n) перехода.

Указанная цель достигается тем, что в способе легирования, в котором на подложку наносят тонкую пленку легирующего материала и обрабатывают импульсами с большой плотностью энергии, создающими локальное проплавление материала и быстрое затвердевание, в качестве импульса с большой плотностью энергии используют электрические импульсы, а в качестве материала электрода, который обеспечивает подачу импульса на пластину, используют материал, в состав которого входят материал подложки и легирующая примесь.

Оборудование для реализации заявляемого способа

1. Установка для нанесения пленки легирующего материала.

2. Импульсный блок питания (импульсы длительностью от нескольких микросекунд и менее, с частотой 10-100 Гц).

3. Подогреваемое полированное основание для расположения пластины с возможностью двухкоординатного перемещения и сканирования пластины (или возможностью перемещения электрода в тех же направлениях).

4. Электрод (например, для легирования кремния бором), состоящий из кремния, сильно легированного бором). Электрод может быть выполнен как в виде заостренного стержня с острием 100-20 мкм, так и в виде круглого колеса с коническим заострением до размеров (100-20) мкм. Электрод выполнен с возможностью вертикального перемещения вверх-вниз и имеет подпружиненный контакт.

Осуществление предлагаемого способа. На пластину наносят пленку легирующего материала. Пластину помещают на металлическую основу. Подводят электрод, задают программу перемещения электрода по поверхности пластины и осуществляют сканирование. При каждом касании электрода пластины подается импульс. Подложка проплавляется и в течение десятков наносекунд затвердевает. Примесь в расплавленной зоне распределяется практически равномерно, что связано со скоростью диффузии примеси в жидкости, которая при данном режиме составляет величину порядка 10-4 см2/сек, и глубиной проплавления 0,1-0,3 мкм. Глубина проплавления и время затвердевания зависят от мощности импульса.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание (р-n) перехода в кремнии. Предлагаемая технология обладает рядом преимуществ перед аналогами:

1. Низкая себестоимость по сравнению с лазерным и диффузионным легированием;

2. Высокая производительность легирования (десятки секунд);

3. Резкая граница диффузионной зоны и возможность селективной диффузии.

Способ легирования был опробован на кремниевой подложке толщиной 180 мкм, предварительно легированной бором. На поверхность кремниевой подложки наносят соединение фосфора. Кремниевый электрод также легируют фосфором. При подаче электрических импульсов был создан полупроводниковый (р-n) переход, который обладает выпрямляющими и фотоэлектрическими свойствами.

Литература

1. Моряков О.С. Устройство и наладка оборудования для полупроводникового производства. М.: Высшая школа. 1976 г., стр. 101-110.

2. Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. М.: Металлургия, 1979 г., стр. 309-324.

3. Модифицирование и легирование поверхности лазерными ионными и электронными пучками. Под ред. Дж. Поута. М.: Машиностроение, 1987 г., стр. 183.

Способ легирования, в котором на подложку наносят тонкую пленку легирующего материала и обрабатывают импульсами с большой плотностью энергии, создающими локальное проплавление материала и быстрое затвердевание, отличающийся тем, что в качестве импульса с большой плотностью энергии используют электрические импульсы, а в качестве материала электрода, который обеспечивает подачу импульса на пластину, используют материал, в состав которого входят материал подложки и легирующая примесь.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов, в частности к способу формирования затворной области силового транзистора, включающему диффузию бора из твердого планарного источника.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления биполярных транзисторов с пониженными токами утечек.

Изобретение относится к печи для использования при термической обработке полупроводниковых подложек. Печь термической обработки полупроводниковых подложек включает цилиндрическую трубчатую оболочку, оба конца которой имеют проемы такого размера, чтобы обеспечить возможность введения и извлечения полупроводниковых подложек, нагреватель, крышки, каждая из которых разъемно установлена на трубчатой оболочке, тонкий газовпускной патрубок, расположенный у центра трубчатой оболочки в продольном измерении и тонкий газовпускной патрубок, проходящий сквозь одну из крышек.
Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов и мощных кремниевых транзисторов, в частности к способу формирования истоковой области силового транзистора.

Изобретение относится к технологии наноэлектронных устройств на основе графена. Электронное устройство на основе графена включает в себя слой графена, имеющий первую работу выхода, и пленку оксида металла, расположенную на слое графена, причем пленка оксида металла имеет вторую работу выхода, превышающую первую работу выхода.
Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов и, в частности, может быть использовано для глубокой диффузии фосфора при формировании диффузионных кремниевых структур.

Изобретение относится к области синтеза тонких пленок на поверхности полупроводников AIIIBV и может быть применено в технологии создания твердотельных элементов газовых сенсоров.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники, в частности к технологии изготовления р-n-переходов в кремнии методом "закрытой трубы" - методом откачанной запаянной кварцевой ампулы.
Изобретение относится к технологии проведения диффузии галлия для формирования р-области при изготовлении полупроводниковых приборов. Изобретение обеспечивает уменьшение разброса значений поверхностной концентрации и получение равномерного легирования по всей поверхности подложек.
Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых мощных транзисторов, в частности может быть использовано для формирования активной ρ-области. Техническим результатом изобретения является уменьшение разброса значений поверхностных концентраций и получение равномерного легирования по длине лодочек.

Изобретение относится к области микроэлектронной техники и может быть использовано при высокоплотном монтаже полупроводниковых кристаллов на различные платы с большим количеством контактных межсоединений, а также при 3-D монтаже кристалла на кристалл. Изобретение обеспечивает снижение трудоемкости изготовления вертикальных контактных структур, повышение их качества и повышение количества получаемых структур на единицу площади. В способе изготовления вертикальных контактных структур на полупроводниковых пластинах или печатных платах при электрохимическом осаждении материала вертикальной контактной структуры в постоянном магнитном поле силовые линии постоянного магнитного поля направлены перпендикулярно поверхности осаждения, при этом уже осажденный магнитный материал, являющийся основанием вертикальной контактной структуры, выступает как концентратор магнитного поля, а изменение боковой поверхности контактной структуры, формируемой выше толщины фоторезиста, может изменяться при создании градиента постоянного магнитного поля. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов, и может быть использовано для активизации процессов диффузии фосфора в легированный бором кремний при формировании p-n-переходов. Способ легирования полупроводникового кремния фосфором осуществляют следующим образом. Сначала выдерживают в постоянном магнитном поле. Для улучшения химической очистки кремниевые пластины дополнительно обрабатывают в растворе плавиковой кислоты (HF), затем промывают путем кипячения в аммиачно-перекисном растворе, затем в ванне с деионизованной водой и сушат в центрифуге, загружают кремниевые пластины в диффузионную печь предварительно разогретую до температуры T1=950°C. После этого в течение тридцати минут (t1=30 min) осуществляют диффузионный отжиг в атмосфере кислорода (O2) при линейно возрастающей температуре диффузионной печи до T2=1200°C. Проводят изотермический отжиг в два этапа в течение тридцати-пятидесяти минут (t2=30-50 min), половину этого времени в атмосфере двуокиси фосфора и азота (P2O5+N2), а вторую - в атмосфере кислорода (O2). После изотермического отжига в течение тридцати минут снижают температуру диффузионной печи до температуры T1. Легирование кремниевых пластин в диффузионной печи осуществляют при расходе: кислорода (O2), подаваемого в кварцевую камеру не более 45 л/ч, азота не более 650 л/ч. При этом глубина залегания p-n перехода увеличивается до 15-19,3 мкм. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к пленкообразующим растворам, которые наносятся на полупроводниковую подложку для образования на ней желаемого диффузионного слоя. Предложен пленкообразующий раствор, включающий соединение бора, органическое связующее, диоксид кремния, предшественник оксида алюминия и воду и/или органический растворитель, применяемый для диффузии бора в кремниевую подложку с целью образования диффузионного слоя р-типа. Предложены также способ получения полупроводникового устройства с использованием заявленного раствора, полупроводниковое устройство и солнечный элемент. Технический результат – предложенный раствор наносится на подложку при помощи центрифугирования для образования пленочного покрытия, имеющего достаточное количество примеси бора, после чего формируется диффузионный слой р-типа желаемой толщины с однородностью в одной плоскости. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 8 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полевого транзистора с повышенной радиационной стойкостью. В способе изготовления полупроводникового прибора после окисления затвора производят диффузию золота с обратной стороны кремниевой пластины концентрацией 3*1015-1*1016 см-3, при температуре 930-950°С, с последующим термическим отжигом при температуре 600°С в течение 35 минут. Затем формируют полевые транзисторы и электроды стока, истока и затвора по стандартной технологии. Золото компенсирует быстрые ловушки на границе раздела и создают дополнительные акцепторные состояния на границе раздела в близи валентной зоны, способствует диффузионному залечиванию дефектов. Все это улучшает структуру слоя кремния, уменьшает число ловушек для носителей заряда вблизи границы раздела, снижает влияние радиации на параметры прибора. Технический результат изобретения - повышение радиационной стойкости, снижение плотности дефектов, обеспечение технологичности, улучшение параметров приборов, повышение качества и увеличения процента выхода годных приборов.

Изобретение относится к области синтеза тонких пленок на поверхности InP и может быть применено в технологии создания твердотельных элементов газовых сенсоров на такие газы, как аммиак и угарный газ. Способ прецизионного легирования тонких пленок на поверхности InP включает обработку концентрированной плавиковой кислотой в течение 10 минут, промывку пластины дистиллированной водой, высушку на воздухе. Окисление пластины InP в горизонтальном кварцевом реакторе в качестве крышки на расстоянии 10 мм от композиции, состоящей из тщательно перемешанных между собой порошков активного оксида V2O5 и инертного компонента Y2O3, помещенной в кварцевый контейнер. Окисление проводят при температуре 550°С при скорости потока кислорода 30 л/ч, в течение десяти минутного интервала. Изобретение обеспечивает создание на поверхности InP тонких пленок, содержащих заданное количество легирующего компонента - до 3%. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам и устройствам для легирования полупроводниковых соединений и может найти применение в приборостроении и микроэлектронике. Способ электрохимического легирования полупроводниковых соединений индием и галлием включает перенос ионов In3+ и Ga3+ в электрохимической системе с электродами из стеклоуглерода при повышенной температуре от аноднополяризуемого донора, выполненного металлическими индием и галлием, через твердоэлектролитную ионоселективную мембрану в катоднополяризуемое полупроводниковое соединение с повышением температуры на 50-100°С при достижении равновесия системы и продолжением обработки до выделения на поверхности катода нанофазы индия и галлия. Устройство включает корпус из неэлектропроводного термоустойчивого материала и герметично размещенные внутри корпуса и припресованные токоподводящие электроды из стеклоуглерода, полупроводниковое нестехиометрическое соединение, индий- и галлийпроводимую твердоэлектролитную ионселективную мембрану, на торцевой поверхности которой со стороны анода выполнена полость, заполненная донором индия и галлия и закрытая токоподводящим электродом. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к способу формирования сильнолегированного серой микроструктурированного кристаллического слоя на поверхности кремния, который может быть использован в солнечной энергетике, оптоэлектронике, приборах ночного и тепловидения. Способ заключается в размещении поверхности кремния под химически активной жидкой средой серосодержащего соединения и облучении поверхности кремния импульсами сфокусированного лазерного излучения наносекундной длительности инфракрасного диапазона, при этом задают плотность энергии лазерного излучения достаточной для проникновения этим излучением через жидкую среду к поверхности кремния с разложением молекул серосодержащего соединения до выделения атомов серы и для нагрева поверхности кремния до температуры, при которой происходит диффузия в нее атомов серы вместе с ее абляционным микроструктурированием и отжигом. Технический результат изобретения состоит в многократном расширении области и величины высокой поглощательной способности (в том числе высокого коэффициента поглощения) поверхностного слоя кремния в процессе сверхлегирования атомами серы под действием лазерного облучения с сохранением его кристаллического характера. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технологии, связанной с процессами легирования и диффузии примесей в полупроводники, а именно к способам диффузионного перераспределения примеси с поверхности по глубине полупроводниковых пластин, и может быть использовано в производстве солнечных фотоэлементов, полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. В способе легирования полупроводниковых пластин к подложке подводят электрод, содержащий легирующий материал, и обрабатывают электрическими импульсами с большой плотностью энергии. В месте контакта электрода материал подложки локально проплавляется и происходит легирование полупроводника материалом электрода. Время обработки материала не превышает нескольких микросекунд. Техническим результатом изобретения является низкая себестоимость, высокая производительность и получение резкой границы диффузионной зоны.

Наверх