химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

ованием новых дефектов (ассоциаций вакансий, комплексов вакансия — примесь) и их распадом. Отжиг при втором режиме — эпитаксиальная рекристаллизация аморфизированного слоя, причем роль затравки играет лежащая под ним монокристаллическая пластина.

Граница между понятиями «отжиг» и «диффузия» для ионно-имплантированных слоев кремния лежит вблизи 1000°С. При 7,<1000°С диффузионными процессами можно пренебречь. Переход внедренных атомов в узлы кристаллической решетки, где они проявляют донорные или акцепторные свойства, для большинства легирующих примесей начинается при температурах свыше 300°С. При Т=400-^500°С присутствие кластеров и неполное восстановление решетки определяют низкое значение подвижности носителей заряда и сильную температурную зависимость концентрации доноров и акцепторов в слое. При внедрении В, ??, ? подвижность носителей заряда меньше, чем в некомпенсированных материалах с такими же концентрациями примесей. После отжига при 500°С, несмотря на распад большей части кластеров нарушений, в слое еще остаются компенсирующие дефекты и центры с глубокими уровнями, что слабо сказывается на подвижности, но заметно уменьшает концентрацию носителей заряда. Если внедрение проведено большими дозами при таких условиях, что облученная область стала аморфной, то в диапазоне температур отжига 500—650°С происходит резкое возрастание количества носителей заряда. Эта стадия электрической активации примесей совпадает с отжигом аморфизированного слоя и объясняется его эпитаксиальной рекристаллизацией, в процессе которой имеется высокая вероятность замещения вакантных узлов решетки атомами примеси.

Об электрической активности легированного слоя судят после отжига по значению эффективной поверхностной концентрации носителей заряда Ns, характеризующему количество носителей заряда в слое под единицей площади поверхности. Если каждый внедренный ион становится после отжига электрически активным, т. е. образует дырку или электрон проводимости, то доза облучения N=NS. Обычно N>NS.

Диффузия примеси из ионно-имплантированного слоя. Одним из наиболее распространенных приемов в современной технологии является сочетание ионной имплантации и диффузии. Ионная имплантация используется для предварительной загонки строго фиксированного количества примеси с высокой воспроизводимостью от процесса к процессу и высокой однородностью распределения по поверхности облучаемых пластин. Диффузия служит для последующей разгонки внедренной примеси с целью обеспечения нужного профиля распределения атомов с требуемой глубиной залегания р-л-перехода и концентрацией носителей заряда. Наибольший эф-

212

фект дает применение ионной имплантации при создании слаболегированных областей: баз транзисторов, элементов резисторов и др.

Диффузия примесей из ионно-легированного слоя для низких доз облучения Q^IO2 мкКл/см2 идет как из источника с ограниченным содержанием примеси [см. уравнение (9.1)]. В этом уравнении следует учесть наличие предварительного распределения

С^огн.еа.

Ж

10"\

? i t=1W0°C

0,25ч\ i 1 \?- \ \

J ?, ? KM

Рис 10.2. Профили распределения В в Si после разгонки

Рис. 10.3. Профили распределения фосфора Сх и дислокаций Ci в Si

примеси, созданного имплантацией. Комбинированое распределение можно представить в виде

¦ "=fsu4r?»ехр I - (?^?? )1 · <">-2з>

Сразу после имплантации, а также после низкотемпературного отжига VDt-^kRp и распределение (10.23) соответствует кривой (10.16). После диффузионной разгонки при высокой температуре |/??>?/??, RpНа рис. 10.2 приведены профили распределения концентрации бора, полученные после разгонки при 1100°С в течение 0,25—16 ч в атмосфере аргона. Имплантация бора производилась с дозой N= =3·1014 см-2 и энергией ?=30 кэВ. Коэффициент диффузии после различных длительностей разгонки соответствует данным, известным для обычной диффузии при малых концентрациях примеси. Между глубиной залегания р-я-перехода и длительностью разгонки с учетом начального залегания перехода существует зависимость (9.2), справедливая при постоянном коэффициенте диффузии.

Соотношение (9.2) нарушается при диффузии из слоев, образованных при больших дозах облучения. На рис. 10.3 сплошными линиями показаны профили фосфора, внедренного с энергией 40 кэВ

213

и дозами от 5-1013 до 6-Ю16 см-2 в кремний после разгонки в осуч шенном азоте при 1150°С в течение 1,5 ч. Если вычислить отноше-: ние глубин р-и-переходов и значений Y~\g ?, которым должны быть прямо пропорциональны эти глубины согласно уравнению (9.2), то окажется, что глубина перехода возрастает более стремительно с ростом дозы облучения, чем это следует из теоретических соотношений для обычной диффузии. Форма профилей распределения — сранительно слабый спад концентрации в приповерхностной зоне и более резкий — в глубине слоя — свидетельствует об интенсификации процесса диффузии примеси. Ускоряющими факторами являются высокая концентрация примеси и наличие большого числа радиационных дефектов, распад которых при нагреве сопровождается появлением потока избыточных вакансий. Ступенчатая форма профилей при дозах свыше 1016 см-2 характерна для обычной диффузии и обусловлена образованием дислокаций несоответствия в области легирования. Распределение дислокационных сеток по глубине в относительных единицах показано на рис. 10.3 пунктирными линиями для двух наибольших доз. Глубина распространения сеток дислокаций меньше глубины диффузии. Более глубокая диффузия при больших дозах облучения связана с появлением потока неравновесных вакансий и взаимодействием дислокаций и их диффузией за область дислокационной сетки. Разделить эти эффекты практически невозможно.

§ 10.4. Методы расчетов ионно-имплантированных структур

При технологических расчетах ионно-имплантированных структур, как и в случае диффузии, встречаются прямые и обратные задачи. Типичным примером прямой задачи является построение профиля распределения концентрации для заданных ионов, энергии и дозы облучения. Профиль распределения описывается выражением: (10.16), и его построение основывается на определении Rp и i\Rp по таблице или расчетным путем. Более сложным является построение профиля для транзисторной структуры, требующей двукратной имплантации.

Расчет профилей распределения концентрации внедренных примесей в структурах с двойной имплантацией. Для создания транзистора типа п-р-п в эпитаксиальный слой с электропроводностью «-типа производят последовательную имплантацию ионов акцепторной примеси с энергией Е3 и дозой Na для формирования базовой области и ионов донорной примеси с энергией Ел и дозой Ыя для формирования эмиттера, причем Rp3>Rm, a Cmaxa' C(x)=Cmaxaexp[- {{x~Rpa)K^Rpa)Y\-

-Стахяехр[- <(*-#ол)/(/2Д/?Л1))21-Сл. (10.24)

214

Глубину залегания коллекторного перехода определяем из условия

-"max а

exp

yZARpz J .

-CB=Q,

откуда

где

х^=Я,д+А/?рв/21п(Ст„/Св),

(10.25)

'-'max а ?/2???/?

Глубину залегания эммитерного перехода с учетом того, что С^.ехр

откуда

х — R \2

Y2AR

>.ра

=Cneaexp[-(-^f-) J-

xj3={ - т +/т2-ас)/а,

(10.26)

где

2 „2 , ^Мр*

N^Rpa

Для ориентировочного расчета более просто глубину эмиттерного перехода можно оценить, исходя из равенства

С{х&)=Св, т. е.___

Xj^Rp^LRpAY2\n(Cm^CB)- (10.27)

Толщина базовой области w ж xjK—х&.

Пример 3. Рассчитать профиль Sgf^?

зисториой структуре, образованной имплаитациеи^ Б и ^ ?д==

ропроводностью и-типа, если Св-Ю см

= 200 кэВ, Л?д=Ы015 см . энергией 100 кэВ ЯРа=

-0?КЛ!»Г"—ТР.Ш» бор. » фосфор.:

С max а

^тахд

0ДАГ,= 0.4·5·10'3.=2|12,1018 см_3> l^Rpz 0,094.104

0,4*« = 0.4-1-Ю". = 6;55_ 1019 см_3. дЯря 0,061-10-4

3. Найдем глубины залегания коллекторного и эмиттерного дп l/91n 9*2*. = 0,398 + 0,094]/ 4,61 = 0,705 мкм.

•р д

?

ilg-

2,12- 10» 1016

2in il!2HJi= 0,254+0 Св

= 0,510 мкм.

,0611/4,6 ig

6,55-1019 1-1016

215

С(х),см-з

4. Пользуясь выражением (10.24), построим суммарное распределение акцепторной и донорной примесей в структуре ?-?-?-транзистора, показанное сплошной линией на рис. 10.4. Там же показаны отдельно распределения внедренных атомов бора Са(х) и фосфора Сф(х). Можно видеть, что простая формула для определения положения эмиттерного перехода имеет достаточную точность.

Расчет распределения концентрации примеси в двухслойных структурах. Для создания МОП-структур часто применяют имплантацию примесей в кремний через пленку диоксида. На границе раздела S1O2—Si вследствие различия в тормозных способностях кремния и диоксида концентрация примеси изменяется скачком. Для теоретического построения профилей в двухслойных структурах имеется сравнительно простой прием. Пусть нам известны порознь профили распределения ионов в каждом из компонентов структуры S1O2 и Si, облученных с дозой N. На профиле в S1O2 проведем сечение на глубине du равной толщине интересующей нас оксидной пленки. Обозначим количество атомов, лежащих слева и справа от этого сечения, ??? и N2 соответственно. На профиле в Si проведем такое же сечение на глубине d2 так, чтобы N'i=Ni и N'2 —N2. Составив теперь части профилей ?? и N'it получим искомое распределение в двухслойной структуре Si—S1O2.

Аналитическим путем это распределение может быть построено, если известны значения пробегов и их стандартных отклонений Rpi и ARpi в Si02, RP2 и S.RP2 в Si. Для построения профилей распределения концентрации внедренной примеси в кремнии необходимо определить дозу ионов ??, тормозящихся в пленке диоксида на участке от х=0 до x=dx:

?, а,

Nl~^C(x)dx = ^r-N„ \ ехр|

???,???

Рис. 10.4. Распределение бора фосфора в п-р-м-транзисторе

V2n\Rpl

R

_pi

dx-

erf

di-R

pl

У 2\RvX

(10.28)

через оксид в

Очевидно, что доза ионов примеси, прошедших кремний,

N2=N-NX.

При отсутстви

страница 51
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

Скачать книгу "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем" (3.82Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
краснодар обучение установка кондиционеров
удаление паховой грыжи в казани
дхо mtf
качели детские дачные

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)