химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

оле коллапса вначале растет, а затем уменьшается.

Кроме обычных ЦМД в ряде случаев в феррогранатовых эпитаксиальных слоях могут присутствовать так называемые твердые или жесткие домены. Они отличаются от нормальных ЦМД структурой граничной оболочки цилиндра — доменной стенки. ТЦД обладают более высоким полем коллапса, и направление их движения под действием продвигающего магнитного поля отклоняется на значительный угол от направления движения нормальных ЦМД. Образование нарушенного с помощью ионной имплантации слоя с намагниченностью параллельной поверхности пластины приводит к возникновению доменной стенки, повернутой на 90° относительно доменных стенок ЦМД. Присутствие такой «крышки» позволяет освободиться магнитным моментам атомов, до этого жестко закрепленным в доменной стенке ТЦД, и занять нормальные положения, в результате чего ТЦД превращается в обычные ЦМД.

Если в эпитаксиальном слое феррограната ионной имплантации подвергнуты только отдельные участки поверхности, то ЦМД в имплантированных участках притягиваются к границе с необлу-ченным слоем. Притяжение обусловлено магнитостатическим взаимодействием вследствие различия в толщинах доменсодержащих слоев в облученном и необлученном материале и наличием градиента механических напряжений у границы. Эта граница является, таким образом, своеобразным «рельсом», едоль которого выстраиваются ЦМД. С приложением магнитного поля ЦМД пере-

280

мещаются вдоль этого рельса, что позволяет избавиться от пер-маллоевых аппликаций.

§ 12.5. Лазерная технология

Использование лазерного излучения в полупроводниковой технологии обусловлено прежде всего возможностью концентрировать большую энергию в небольшом объеме вещества, что позволяет производить термическую обработку структур. Рассмотрим основные типы лазеров, применяемых для технологических целей.

Лазеры и их воздействие на вещество. Лазеры генерируют мощный пучок фотонов — когерентный и монохроматический поток электромагнитного излучения, обладающий высокой яркостью. По роду активного элемента, с помощью которого создается монохроматическое излучение, лазеры подразделяют на твердотельные, жидкостные и газовые. Твердотельные лазеры имеют ряд преимуществ: острая фокусировка луча, быстродействие, возможность работы в оптически прозрачной атмосфере, отсутствие вторичного рентгеновского излучения, простота установки. Их недостатками являются: низкий к. п. д. (0,1—5%) из-за больших потерь тепло-, ты в кристаллической решетке активного материала и его перегрева; трудность охлаждения, что не позволяет длительное время работать в непрерывном режиме; сравнительно ограниченная мощность; малая глубина обработки; небольшой срок службы.

Активным рабочим элементом твердотельных лазеров обычно является стержень синтетического рубина АЬ03 с добавкой 0,01— 0,05% Сг203; алюмоиттриевый гранат (АИГ) с неодимом; стекла с'неодимом; кристаллы CaF2, CdF2, BaF2, CrF2 с небольшим содержанием (0,05%) редкоземельных и других элементов (неодим, хром). Принцип создания в твердотельном лазере потока фотонов состоит в возбуждении в активном элементе с помощью освещения импульсной лампой накачки ионов примеси, электроны которых переходят на более высокий энергетический уровень. После прекращения освещения электроны возвращаются на прежний энергетический уровень, излучая полученный избыток энергии в виде мощного потока фотонов. Лавинообразному нарастанию потока фотонов способствует многократное отражение его от зеркальных торцов рубинового стержня. Поток фотонов излучается из торца стержня, имеющего полупрозрачное зеркало.

Активный излучательный элемент газовых лазеров представляет собой газоразрядную трубку из стекла или кварца, заполненную активной средой — газом, который может пропускаться через нее непрерывно. Газ может быть смешан с парами металла. Существуют аргоновые, азотные, углекислотные, гелий-неоновые, гелий-кадмиевые и другие лазеры. Наибольшей мощностью и к. п. д. Ю—30% обладают углекислотные лазеры, генерирующие излучение с длиной волны 10,6 мкм.

281

Минимальный диаметр сфокусированного светового пучка лазера

? и

где./ — фокусное расстояние объектива; D — диаметр несфокусированного светового пучка, определяемый при гауссовом распре- · делении удельной мощности в пучке.

В реальных системах добиваются отношения //?) = 2-?-3, тогда Фони» (2-=-3)?. Для газового лазера на С02 минимальный диаметр сфокусированного пучка составляет 30 мкм, для твердотельного лазера на стекле с неодимом фт!п = 3 мкм.

Рубиновый лазер имеет длину волны излучения ?== 0,694 мкм и работает в режиме переключаемой добротности при длительности импульсов 10—100 не с максимальной плотностью мощности . 100 МВт/см2. Лазеры на АИГ с неодимом имеют ?= 1,064 мкм для основной гармоники и ?=0,53 мкм для второй гармоники при той же длительности импульсов, что и у рубиновых. У аргонового лазера ?=0,488 мкм, у криптонового ?=0,647 мкм.

При взаимодействии лазерного излучения с металлом происходит поглощение световой энергии свободными электронами, после чего энергия излучения переходит в энергию тепловых колебаний решетки. Время релаксации составляет Ю-13—Ю-11 с, поэтому тепловой источник, возникающий в металле, мгновенно повторяет все изменения в интенсивности лазерного импульса. В полупроводниках с сильным поглощением — оптически непрозрачных, когда энергия квантов hv превышает ширину запрещенной зоны Е, процесс взаимодействия излучения лазера с кристаллом на первоначальной стадии представляет собой внутренний фотоэффект. После появления большого количества фотоэлектронов изменяются оптические и электрофизические свойства полупроводника, в том числе возрастает его отражающая способность. Для световых потоков с плотностью мощности свыше 1 МВт/см2 при hx>E концентрация свободных фотоэлектронов достигает значений порядка 1020—1021 см-3 за время 10~9—Ю-8 с и по истечении этого времени металлы и полупроводники ведут себя одинаково.

Лазерный отжиг. Технология лазерного отжига используется для улучшения кристаллической структуры слоя кремния, подвергнутого ионной имплантации, поликристаллического кремния, напыленного на кремниевые подложки, и КНС-структур. При лазерного отжиге на поверхности кристалла образуется тонкий сильно разогретый или расплавленный слой, который рекристаллизу-ется с очень большой скоростью, превышающей 102 см/с. При этом температура в пластине на глубине более 10 мкм не отличается от окружающей и в целом образец не разогревается, что позволяет сохранить высокое время жизни в кристалле. Процесс лазерного отжига определяется следующими основными параметрами: длиной волны излучения, плотностью энергии на поверхности пластины, длительностью импульса, температурой подогрева образца.

282

Температурная зависимость поглощения лазерного излучения свободными носителями заряда является главным фактором, приводящим к плавлению. Энергия, поглощаемая свободными носителями заряда, переходит в теплоту, которая распространяется в толщу материала. Температура поверхности пластины растет и достигает точки плавления. Коэффициент поглощения возрастает с температурой экспоненциально. Для лазера на СОа с ?= = 10,6 мкм при облучении кремния с концентрацией носителей заряда 1019 см~3 коэффициент по- Таблица 12 1 глощения

?(?)=3,17·104 ехр(Г/346)

л-1

т, "С 20 200 400 600

h, мкм 0,33 0,38 0,44 0,50

?, м/с 3,2 2,7 2,1 1,7

где ? — термодинамическая температура.

Пока Г<700 К коэффициент поглощения мал, длина, на которой происходит поглощение света, велика и температура растет медленно. С повышением температуры ? резко увеличивается, рост температуры идет круче, все больше энергии поглощается в поверхностном слое. Импульсы с энергией 1,25 Дж/см2 (плотность мощности 5 ГВт/см2) вызывают лавинный разогрев, но температура на поверхности не превышает 920 К. Для плавления кремния необходима плотность энергии 1,52 Дж/см2. Эти значения изменяются с изменением концентрации носителей заряда в кремнии и длины волны излучения лазера. В табл.12.1 представлены зависимости глубины расплавленной области h и скорости рекристаллизации и от температуры кремниевой пластины ? при плотности энергии рубинового лазера 1,2 Дж/см2 и длительности импульсов 20 не.

Лазерный отжиг ионно-имплантированных структур в отличие о г термического диффузионного отжига позволяет сохранить внедренную примесь в тонком поверхностном слое и обеспечить высокую электрическую активность примеси. Лазерный отжиг КНС-структур улучшает кристаллическую структуру гетероэпитаксиаль-ных слоев кремния и повышает подвижность носителей заряда, если происходит оплавление поверхности островков кремния и не затрагивается граница раздела Si — А1203. Для эпитаксиальных слоев толщиной 0,4 мкм на подложках с толщиной 400 мкм необходима плотность энергии 0,8 Дж/см2. В § 12.4 рассматривалось применение радиационной технологии для управления свойствами доменсодержащнх материалов — феррогранатов. Использование лазерного отжига необлученных эпитаксиальных слоев феррогранатов позволяет повысить поле коллапса и намагниченность насыщения. Нагрев вызывает перераспределение атомов железа и галлия в узлах кристаллической решетки таким образом, чго большее число атомов галлия замещает атомы железа. При резком охлаждении атомы Ga не успевают уйти из узлов й" «замораживаются» там.

283

Наряду с лазерным получил .распространение импульсный от-, жиг некогерентным лучом света газоразрядной лампы. Дуговая лампа значительно дешевле лазеров и более эффективно преобразует электрическую энергию в световую. Энергия, необходимая для отжига пластины с диаметром 75 мм широким пучком света дуговой лампы, составляет лишь 3% от энергии, затрачиваемой сфокусированным пучком аргонового сканирующего лазера непрерывного действия. Спектр излучения газоразрядных ламп достаточно широк. Для ксеноновой лампы он простирается от ближнего УФ-до ближнего ИК-света, что делает пренебрежимо малым влияние диэлектрических пленок, находящихся на поверхности пластин. Длительность импульса составляет 0,01—10 с, мощность лампы

страница 67
< 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
аренда жк экранов
Рекомендуем компанию Ренесанс - деревянные винтовые лестницы - надежно и доступно!
столик изо
аренда мини склада 2 к.м. для личных вещей зао

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
(10.12.2016)