химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

фузия

Диффузия в полупроводниковых кристаллах осуществляется в основном при участии дефектов кристаллической решетки, в первую очередь вакансий, поэтому облучение кристалла, приводящее к образованию таких дефектов, сказывается на скорости диффузии. Диффузию примесей, ускоряемую воздействием излучений, называют радиационно-стимулированной диффузией (РСД). РСД относят к группе низкотемпературных методов введения примесей 272

в полупроводник, так как она совершается при температурах значительно более низких, чем обычная термическая диффузия. Распределение концентрации примеси при РСД имеет вид

Г [?

С(х, t)=C0exp\—-2-exp(*//.„) ,

где Co и D0— концентрация и коэффициент диффузии примеси на глубине x=Ld, на которой под действием проникающей радиации образуются неравновесные дефекты; Lv — диффузионная длина вакансий.

Обычно полная глубина диффузии Xj»Ld, поэтому С0 является поверхностной концентрацией, которая определяется выражением

с jV ,

0 VntD0exp( — x/Lv)

где N — плотность атомов примеси, введенной в кристалл до начала РСД, ат/см2.

Закономерности РСД. Радиационно-стимулированная диффузия наиболее заметно проявляется при облучении легированных слоев быстрыми частицами и при имплантации примесных ионов в нагреваемые структуры. Тонкий легированный слой, полученный имплантацией либо диффузией, облучают потоком протонов, образующих точечные дефекты. Структуры нагреты до температуры, при которой термически равновесная диффузия незначительна, х е 600—900°С для кремния. Избыточные вакансии, генерируемые протонами, увеличивают скорость диффузионного перемещения примеси. Глубина диффузии в тех участках, которые находились под облучением, в несколько раз больше, чем в необлученных. Коэффициенты диффузии атомов В, Р, As в Si возрастают на несколько порядков при стимулирующем действии облучения (рис. 12.2). Вертикальной штриховой линией на рис. 12.2 отмечена температура 1000°С, при которой в кремнии становится заметной термическая диффузия. Горизонтальной штриховой линией отмечено значение D = 10-'4 см2/с, которое принимают коэффициенты диффузии бора и фосфора примерно при 1000°С. Как следует из рисунка, в диапазоне температур 500—1000°С коэффициент РСД во много раз больше Ю-14, что указывает на возможность практического применения РСД.

Наблюдаются следующие закономерности. Если пробег быстрых частиц не превышает глубины легированного слоя, то профиль распределения концентрации примеси после РСД содержит сравнительно пологий начальный участок и резко спадает на глубине. Если пробег превышает глубину слоя, то образуется пологий профиль. Однако по мере его углубления на хвостовой части возникает резкий спад концентрации. Это указывает на то, что фронт диффузии примеси опережает область генерации неравновесных вакансий.

273

Другой вид процессов, при которых проявляется РСД, связан с имплантацией примесных ионов при повышенных температурах образца. Ускорение диффузии становится заметным при внедрении легирующих ионов в кремниевые пластины, нагретые свыше 300°С, и уверенно проявляется при температурах более 400°С. Определяющую роль в РСД диффузии избыточных вакансий показывает

то, что энергия бомбардирующих ионов может быть не очень большой, например 1 кэВ. При бомбардировке кремния ионами фосфора в плазме тлеющего разряда, образованного из смеси водорода и 1 % фосфина, в течение 2 ч образуется слой с электропроводностью л-типа, глубина и поверхностная концентрация в котором возра-

В.сму'с

5U0 Ш

стают от 0,5 мкм и 5-Ю1

см-

ири

Рнс. 12.2. Коэффициенты РСД бора, фосфора, мышьяка в Si

715°С до 1,7 мкм и 7· 1019 см~3 при температуре пластин 920°С. При использовании смеси водорода и 1% дибора-па и нагреве до Г=8Ю°С в течение 1 ч образуется слой с электропроводностью р-типа глубиной 1,1 мкм. По данным различных исследователей, диффузионная длина вакансий в кремнии составляет 0,04—0,3 мкм. В полупроводниковых соединениях РСД начинает проявляться при 150°С и уверенно, наблюдается при 7>200°С, причем в диапазоне 200—500СС концентрация электрически активной примеси и глубина ее проникновения слабо изменяются с температурой.

Технологическое применение РСД. Достоинством РСД является то, что низкие температуры ее проведения не вызывают перераспределения примесей в ранее легированных областях кристалла и не ведут к диссоциации полупроводниковых соединений. Процесс РСД хорошо совмещается с планарной технологией и для практической реализации во многих случаях не требует специального оборудования—он осуществляется на установках ионной имплантации при подогреве образцов. При этом глубина введения примеси оказывается больше, чем при обычной имплантации, а нарушения кристаллической структуры отсутствуют. Процесс РСД включает в себя все достоинства метода ионной имплантации, связанные с высокой контролируемостью и воспроизводимостью.

Основное применение РСД заключается в перераспределении легирующей примеси и управлении профилем ее распределения. Для формирования легированных областей в качестве источника используют легированные слои, полученные диффузионной загонкой или ионной имплантацией. Перераспределение примеси производят путем бомбардировки этих слоев ионами водорода, гелия, неона с энергиями 10—50 кэВ. При Г=800°С легированный слой углубляется до 2 мкм за 20—30 мин, доза облучения составляет

2 74

~ 103 мкКл/см2. Использование РСД позволяет обеднять поверхностный слой кремния легирующей примесью, формируя таким образом в однородно легированной подложке аналог эпитаксиального слоя. Исходная кремниевая подложка равномерно легирована по всему объему фосфором с концентрацией ~1018 см~3 и сурьмой с концентрацией до 1016 см^3. Бомбардировка протонами с энергией 100—200 кэВ ведет к диффузии фосфора в пластину на глубину свыше 2 мкм. Атомы Sb, обладая на несколько порядков меньшим коэффициентом диффузии, не покидают своих мест. Поверхность обедняется фосфором до концентрации 10й—Ю15 см-3, а на глубине свыше 2 мкм—его концентрация возрастает до 2х ? 1018 см-3. В результате возникает нсевдоэпитаксиальный слой, содержащий в качестве легирующей примеси сурьму с концентрацией 1016 СМ"3, тогда как Остальная Рис. 12.3. Структура транзистора ' для биполярной ИМС, полученно-

часть пластины играет роль силь- го с помощьрю РСД

нолегированной подложки. Аналогично осуществляют подгонку

толщины эпитаксиального слоя. Например, слой с исходной толщиной 3,6 мкм после бомбардировки протонами при 800°С имел толщину 3,1 мкм.

В технологии изготовления ИМС большое значение приобретают совмещаемые процессы. РСД хорошо совместима с ионной имплантацией и ионно-плазменными процессами, что позволяет в одном технологическом цикле формировать области активных элементов, пассивные элементы, межэлементные соединения и изоляцию. На рис. 12.3 показана структура биполярного транзистора (элемента ИМС), изготовленная с применением РСД. Перед наращиванием эпитаксиального слоя в подложке с электропроводностью ?-типа с помощью ионной имплантации был сформирован скрытый л+-слой коллектора. Создание изолирующих областей р+-типа производят РСД акцепторной примеси из предварительно легированных участков с помощью бомбардировки протонами при температуре около 700°С. При этом смещение границы изолирующей области за край маски пренебрежимо мало, что позволяет значительно уменьшить площадь, занимаемую разделительными .областями, и значительно повысить плотность размещения элементов на кристалле. Вертикальная контактная я+-область к скрытому коллекторному слою также формируется с помощью протонной бомбардировки. Для маскирования необлучаемых поверхностей используют пленки диоксида кремния, молибдена, алюминия.

§ 12.4. Контролируемое введение радиационных нарушений с помощью ионной имплантации

Метод ионной имплантации предоставляет большие возможности для радиационной технологии, ибо позволяет управлять количеством, типом и распределением радиационных нарушений. Введение радиационных дефектов используется для стимуляции электрической активности внедренных примесных атомов, прецизионной корректировки и создания высокоомных резисторов, разделительной изоляции элементов ИМС и цифрознаковых индикаторов, получения аморфизированных слоев для элементов памяти, генерирования нежелательных примесей, стабилизации поверхности раздела Si— Si02, управления свойствами контакта металл — полупроводник и др.

Управление границей раздела кремний — диэлектрик. Нестабильность электрических свойств границы раздела кремний — диоксид в значительной степени связана с миграцией ионов натрия. Бомбардировка диоксида небольшими дозами тяжелых ионов вызывает образование в них дефектов, действующих как ловушки для ионов щелочных металлов. Ионы натрия, дрейфующие в оксидной пленке, попадают в область с высокой концентрацией радиационных дефектов и закрепляются там. Энергию ионов выбирают из условия их полного торможения в диоксиде. Дозы облучения составляют 1012—10!3 см-2. Бомбардировка производится ионами инертных газов, а также бора и фосфора. Отметим, что данный метод применим в основном для биполярной технологии, .так как требует большой толщины диоксида.

Другой процесс получил распространение для управления границей раздела кремний — диэлектрик в КНС-технологии. Недостатком гетероэпитаксиальных структур КНС является наличие несовершенного слоя Si вблизи границы раздела Si —А120з, содержащего повышенную концентрацию дефектов структуры. Для улучшения кристаллического совершенства этого слоя производят бомбардировку эпитаксиального слоя ионами неактивных примесей, чаще всего 28Si+. Энергию подбирают так, чтобы максимум разупорядочения приходился на границу А120з- Бомбардировку слоев кремния с ориентацией (100) и толщинами 0,15—0,65 мкм, выращенных на сапфире с ориентацией (1102), производят ионами Si с энергиями 170—450 кэВ и дозами (1,7+2) · 1015 см~2. При имплантации происходит аморфизация глубинных областей кремния, а поверхность остается кристаллической. В процессе последующего отжига кристаллический поверхностный слой служит затравкой при эпитакс

страница 65
< 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
моноколесо ips 103
участки по новорижскому шоссе до 80 км
изготовители дверных петель
Выгодное предложение от интернет-магазина KNSneva.ru на процессор i7 купить - 10 лет надежной работы! Санкт Петербург, ул. Рузовская, д.11.

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
(23.06.2017)