химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

ра + &RpaУ 4,6 lg [3-1018/(2- Ю'б)] = /?,„ + 3,\6ARpa.

Для иоиов с массами ??>??2 в диапазоне энергий 20—100 кэВ справедливо приближенное соотношение между пробегом и стандартным отклонением пробега

-

\/\ А 1 г ,?*??3 I -1 i.i ? ?

Рис. 10.6. Графическое определе-яие энергии иоиов

Поэтому •откуда

bRpIRp =s ?/3 mn2ARp = yRp/3.

xjK = RPa+3,\2yRpa/3^2Rp,

Яра = */К/2 = 0,3/2 = 0,15 мкм.

Пользуясь табл. 10.1, принимаем ?а=40 кэВ, тогда Rpil =0,161 мкм, А^ра = = 0,0538 мкм. Следовательно,

=0,161 +3,12-0,058 = 0,33 мкм.

Различие с требуемым значением дс,к ие превышает 10%, что допустимо.

2. Доза облучения ионами бора

Na = У2лД/?раСтаха = У2-3,14 5,38·?0-6·3·10?8 = 4·10?3 см-2.

3. Приближенное выражение для глубины залегания эмиттерного р-/г-пере-Xj3 « ЯРл + МР, >r4,61g(Cmaxa/Cjj) =

хода

= Крл + — RpR У 4, big [1-1020/(2. iqi6)] » 2,5RP)l,

222

откуда RPi = ?j·9/2,5 == 0,2/2,5 = 0,08 мкм.

Пользуясь данными табл. 10.1, принимаем ?д = 80 кэВ, тогда #РД= = 0,098 мкм, ДЯРД=0,0295 мкм и jcj3 = 0,098+4,44-0,0295=0,23 мкм.

4. Доза облучения ионами фосфора

Лгя=/^4/?рдСтахд = 1/2^3Л4-2,95-10-6-1020 = 7,4-10Н см-2.

§ 10.6. Использование процессов ионной имплантации в полупроводниковой технологии

Высокая степень отработанности технологических процессов ионной имплантации позволяет существенно улучшить параметры полупроводниковых приборов, их воспроизводимость, выход годных и снизить стоимость выпускаемых изделий, а также создать новые типы приборов, получение которых затруднено или невозможно без применения ионной имплантации. Наиболее широко используют имплантацию для введения легирующих примесей. Применение имплантации в диапазонах энергий 30—300 кэВ и доз 10й— 1017 см-2 позволяет создать различные типы дискретных полупроводниковых приборов и ИМС: биполярные транзисторы и ИМС, СВЧ-транзисторы, полевые МОП-транзисторы, лавинно-пролетные диоды, варикапы со сверхрезкой зависимостью емкости от напряжения, фотоприемники и др. Дальнейшие перспективы развития приборов и ИМС связаны с субмикронной технологией формирования структур с размерами элементов менее 1 мкм на базе электронной и рентгеновской литографии (см. гл. 12), которая также невозможна без использования ионной имплантации. Рассмотрим основные направления использования ионной имплантации в полупроводниковом производстве.

Биполярные транзисторы. При изготовлении биполярных транзисторов ионную имплантацию применяют для получения эмиттера, базы, коллектора, сильнолегированных областей для коллекторного и базового контактов, разделительной диффузии, скрытых п+-слоев и др. (рис. 10.7). Изменение дозы облучения при создании базы позволяет управлять коэффициентом передачи тока эмиттера, а изменение энергии ионов при формировании профиля распределения легирующей примеси в базе — регулировать ее ширину и тем самым задавать частотные характеристики приборов. Для создания биполярных транзисторов с высоким коэффициентом передачи тока применяют два способа, оба они основаны на внедрении бора с небольшой дозой при высокой энергии для формирования р-базы и внедрении мышьяка с высокой дозой для получения мелкого эмиттера. В первом случае стремятся сохранить неизменным профиль внедренной примеси и обеспечить высокую электрическую активность примеси в процессе отжига эмиттерного слоя при температуре 900—950°С в течение 10—15 мин. Во втором случае используют высокотемпературную кратковременную разгонку эмиттерной примеси. Эмиттерный переход располагается в этом

223

случае в материале, не затронутом имплантацией, где время жизни носителей заряда не уменьшилось вследствие разупорядочения решетки, поэтому эффективность эмиттера высока. Изготовление структуры биполярного транзистора начинают с создания области

яассивной базы с помощью диффузии бора. Используя в качестве защитной маски пленку S1O2 толщиной 1 мкм, проводят имплантацию ионов 75As2+ с энергией 100 кэВ и дозами 1015— 1016 см-2. После отжига при 1000°С в течение 20— 30 мин мышьяк диффундирует на глубину 0,3 мкм, где образуется эмит-терный р-л-переход. Активная база формируется имплантацией бора с энергией 200 кэВ и дозами 2 -1012—1013 см-2 в процессе последующего отжига при 7" = = 850°С в течение г=20 мин. Так как средний нормальный пробег ионов бора составляет 725 нм, а стандартное отклонение пробега 126 нм (см. табл. 10.1), то основная часть профиля распределения бора располагается за эмиттерным слоем в глубине кристалла. При оптимальном сочетании параметров данным способом изготовляют транзисторы с коэффициентами усиления по току 100— 300 и предельными частотами 1—8 ГГц.

МДП-транзисторы. Одно из первых практических применений технологии ионной имплантации в промышленном производстве, показавшее ее высокую эффективность, связано с МОП-транзисторами. Использование имплантации обеспечивает высокую однородность и воспроизводимость параметров транзисторов и позволяет значительно увеличить процент выхода годных. Применение имплантации повышает надежность МДП-транзисторов, что достигается увеличением толщины подзатворного оксида и последующим ¦снижением порогового напряжения до требуемого значения путем внедрения легирующих ионов через оксид. С точки зрения обеспечения надежности и достаточной крутизны вольт-амперной характеристики МОП-транзисторов оптимальной является толщина подзатворного оксида 0,1—0,15 мкм.

Одним из важнейших применений ионной имплантации является управление концентрацией легирующей примеси с целью сдвига порогового напряжения. Управление значением порогового напряжения с помощью ионной имплантации сводится к изменению поверхностного заряда МОП-транзистора. Примеси, вводимые в область, примыкающую к границе раздела диоксид — кремний, уменьшают или увеличивают заряд поверхностных состояний и со-

1,КзВ

см-'

Рис. 10.7. Диапазоны доз и энергий ионов, используемых при изготовлении биполярных транзисторов

224

ответственно повышают или понижают пороговое напряжение при данной толщине диэлектрической пленки. Достоинство данного метода в том, что он позволяет регулировать пороговое напряжение структур при работе в режиме обеднения и обогащения без существенного изменения других параметров прибора. В этой роли метод ионной имплантации обеспечил не только более удачную конструкцию МОП-транзисторов и ИМС, но и оказался легко сов-местимым со стандартной МОП-технологией. Основные направления использования ионной имплантации при изготовлении МОП-транзисторов показаны на рис. 10.8.

Чтобы индуцировать или обогатить проводящий канал между электродами истока и стока, потенциал затвора должен превышать пороговое напряжение. Типичное значение порогового напряжения для кремниевого МОП-транзистора с каналом р-типа с алюминиевым затвором равно —2 В при поверхностном заряде в затворном диэлектрике 2Х. Х10'л см"2, Св= 1015 см-3 и толщине диоксида затвора 0,1 мкм. Пороговое напряжение обычно регулируют, манипулируя значениями зарядов в затворном диэлектрике и объемного заряда в подложке.

Заданное значение порогового напряжения получают, используя профили распределения внедренных ионов для управления объёмным зарядом в подложке. Степень легирования подложки под электродом затвора зависит от распределения внедренных ионов по глубине. Имплантацию бора производят через тонкую пленку подзатворного диоксида при энергии 30—50 кэВ, что недостаточно для проникновения через толстый оксид, покрывающий остальные участки пластины. Для отжига радиационных нарушений и активации примеси применяют нагрев до 900°С в течение нескольких минут. В ряде случаев оказывается достаточным нагрев до 400—500°С, производимый после нанесения металлизации.

Отклонения в степени легирования подложки приводят к потере управления пороговым напряжением. Один из способов улучшения управления пороговым напряжением заключается во внедрении ионов с достаточно высокой дозой в слаболегированную подложку. Тогда пороговое напряжение определяется не удельным сопротивлением подложки, а концентрацией примеси, введенной имплантацией. Ионы бора, внедренные в подложки л-типа с удельным сопротивлением р=4 Ом-см, эффективно уменьшают плотность объемного заряда в каналах р-типа, что ведет к изменению пороговых напряжений от —2,5 В без имплантации бора до +3 В

Е,кэВ

201-1--!_—.—?_i_

10" /О'' /v" 10"> 10'5 N,M-t

Рис. 10.8. Диапазоны доз и энергий ионов, используемых при изготовлении МОП-транзисторов

8—210

225

при дозе облучения ЫО12 см-2. Для МОП-транзисторов с каналами «-типа аналогичная имплантация приводит к изменению пороговых напряжений от —0,5 В до +2 В при том же значении удельного сопротивления подложки р-типа. При дозах свыше 5-10" см-2 в МОП-транзисторах с индуцированными р-каналами образуется встроенный р-канал и приборы работают в режиме обеднения, а не обогащения. Ионное внедрение бора в подложки р-типа или фосфора в подложки «-типа приводит к повышению порогового напряжения для приборов, работающих в режиме обогащения.

Резисторы. Легированные слои, полученные после имплантации и отжига, являются, по сути, готовыми резистивными элементами с высокой однородностью поверхностного сопротивления. Изменяя дозу облучения и температуру отжига, управляют поверхностным сопротивлением резистивного слоя от 10 Ом/О до 100 кОм/П. Технология изготовления резисторов совместима с биполярной технологией транзисторов и ИМС. Формирование резисторов зачастую совмещают с формированием базовой области или эмиттерного слоя. Конфигурация резистора задается топологией окон, вскрываемых в диоксиде кремния, а защитной маской служит диоксид или фоторезист. Контактные площадки создают диффузионным методом перед имплантацией. Однородность по сопротивлению резисторов удается повысить таким образом, что ограничивающим фактором становится допуск на фотолитографию.

Формирование линейных профилей. В ряде случаев перед технологом или конструктором стоит задача получения линейного профиля распределения примеси на сравнительно большой глубине. Для получения заданного профиля распределения примеси

страница 53
< 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
качество макета для мечати фото 4м на 5м 25м кв
котёл отопления на твёрдом топливе длительного горения купить
взять проектор напрокат
курсы менеджер проектов

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)