Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988), страница 6

(Продоа1к ) Технология изготовления интегральных схем Слой, получаемый при базовой диффузии, имеет поверхностное сопротивление около 200 Ом!квадрат, а эмиттерный диффузионный и+-слой — всего 2 Огл/квадрат, Графики, приведенные на рис. 1.!8, а и б, позволяют определять поверхностное сопротивление диффузионных слоев соответственно р-типа, с гауссовым распределением примеси, и п-типа с распределением, описываемым ег1с-функцией. На рис. 1.18, г приведены графики зависимости удельного сопротивления от концентрации примеси для монокристаллического креашия. ь'.З,б. Ионное лггировиниг. С помощью ионного легирования можно вводить атомы примеси в тонкий поверхностный слой кремниевой пластины.

Таким образом, этот метод может быть использован взамен диффузионной «вагонки». Для проведения ионного легирования кремниевые пластины помещаются в вакуумную камеру, и их поверхность сканируется пучком высокоэнергетических ионов легирующей примеси, как показано на рнс. 1.!9. ьулаьтанм Зл снтрама гнат ь» г гааигантань" ггануу~г Ранааа а ьгааьаьаьиь Рис. 1,!9. Установка ионного легироваиия.

Прелварительно ионы подвергаются воздействию ускоряющего потенциала 20 — 250 кВ. Ударяясь о поверхность пластины, они проникают на небольшое расстояние в глубь кремния. С увеличением ускоряющего напряжения глубина проникновения ионов возрастает (рис. 1.20). Глубина проникновения ионов обычно лежит в пределах от 0,1 до 1,0 мкм. Например, для ионов бора (В') в кремнии средняя глубина проникновения, называющаяся проекцией длины 36 Глава 7 ггробега, составляет всего 0,067 мкм при ускоряюшем напряжкнии 20 кВ. При 100 кВ проекция длины пробега возрастает до 0,30 мкм, а при 200 к — до 0,52 мкм. Даже при таком высоком ускоряюшем потенциале, как 300 кВ, проекция длины пробега ьа ьа а,аг га гоо !аоо 3кеяаггя, кон К ! аа г аао ,ркеягия, кегг и. ьа о,аг га гаа гс 'г йеягия, келг Ф Рис.

!.20. Заинсимости средгей длины пробега и разброса пробегов от анергни напои прн имплантации и иренина напои бори, фосфора и мышанка. (О. 76 двв, (р. Маваг, !оп Нпр1ап1ед аегпгсопбггс1ог йггсег, Ргосеебгпка о1 !!ге !ЕЕЕ, рр. !241 — !22Ь, Ьергепгьег 1974 (Сг !974 !ЕЕЕ,) составляет всего 0,70 мкм, Для ионов фосфора в кремнии проекция длины пробега оказывается еше меньше: она составляет всего 0,026 мкм при 20 кВ. О,!23 мкм при !ОО кВ, 0,254 мкм при 200 кВ и 0,366 мкм при 300 кВ (табл.

1.2). Профиль распределения имплантироааииых ионов описывается функцией Гаусса Лг (х) = Жв ехр 1 — (х — 7тг„)гг2 Л)7;1, (1 15) а,г й пм м а,г .ф ы пм а,аг Технология иеготовленпн инпмгрплбнмх схем Таблица Л2 Проекпнн длины пробега и разброс пробегов длп ионов бора, фосфора н ммн)ьнка н кремнии Бор Фоооор Мышьяк Энергия, кэн ьно ЬЛ, мкм Л . мкм ЬЛ .

мкм Л, мкм о' о' Л, мкм 0,6065и„ Рнс, !.2!. Профиль распределения прнмесн, полученный нон. ным лсгнраввннем, Нэ-Ьпэ) Н, «Ья„ )а 20 зо 40 50 60 70 ва 90 100 1)а 120 1)а 140 150 160 170 )ВО 190 200 220 240 ?60 ?ВО 300 О,ОЗ44 0,0674 0,0999 О,)З)1 0,1616 О, $914 0,2202 0,2478 0,2739 0299? 0,3238 0,3479 0,3714 о,зрлг 0,4165 0,4383 0,4594 0,4799 0,500 ОД 19В 0.5582 0,5954 0,6314 О,бббз 0,700$ 0,0156 0,0253 о,азз) о,озрг 0,0445 0,0491 0,0530 0,0564 0,0593 о,ам в 0,064! 0,0663 о,абвг о,а?ао О 0716 О,О?И О,О)44 0,0757 0,0769 0,0780 о,овса О,ОМ 8 О,ОВЗ4 О,авлр 0,0862 О,О)44 0,0260 0,0375 0,0490 0,0610 о,о)зг 0,0855 0,0980 0,1106 0,1?ЗЗ 0,1362 0,1491 0,162! 0,1752 0,1883 0,2014 0,2146 0,2277 0,?П)7 О?538 0,2801 0,3065 о,ззгр 0,3594 0,3858 0,«Х)70 о,о)гг 0,0169 0,0214 0,0259 о,озоз 0,0345 а,озвб 0,0$25 0,0463 0,0500 0,0535 0,0570 0,060! 0,0636 0,0668 0«0698 0,0726 0,075 3 0,0780 о,авз) 0?)вво 0,0927 О,ары о,!ом 0,0096 0,0159 0,0? 16 0,027 $ О,ОЗ?4 0,0377 0,0429 О О!81 0,0533 О,О!84 0,0635 0,0686 0,0738 0,0789 о,оио 0,0891 о,оказ 0,0995 О,ныв О,! !О) 0,1208 0,1316 О,! 425 О,!535 0,1645 а,соз? О,паба О,аа)П 0,0101 о,о)го 0,0139 О,а)58 0,0176 О,а)94 О,аэ)! ОД?29 о,оглб 0,0263 0,0279 0,0296 о,оз)2 0,0329 О,ОЗ45 0,0362 ООМ8 0,0112 0,0445 0,0478 0,0510 0,0543 Гааза ! Где х — расстояние от поверхности, 1(я — проекция длины про бега, Л(гр — разброс пробегов (стандартное отклонение проекций длинй), Л'р — максимальная концентрация пмплаптнрованных ионов.

Профиль распределения имплантированных конов показан на рис. 1,2!. Концентрация ионов в максимуме распределения связана с дозой шп.лангпации Я соотношением йр = = 1З/1(2п)'" Л1(р) = 0,4 (9ЛРр), Доза имплантации Я равна числу пмплантированных ионов на единицу площади поверхности и выражается в пон,'см'. й(акснмум распределения расположен в точке х = Рр.

По мере удаления от этой точки в обоих направлениях концейтрация ионов быстро падает, как это наглядно показывает следующая таблица значений функции Гаусса~ цо 0,5 О,1 О,О1 О,ОО1 О,СОО1 Ир 11, з- ЦЗ Лп, пр~2лйр я,—.ь зля, 11„:ь З,т М, йр ГЕ 4,3 Лир Как видно на графике, гауссова кривая распределения имплантированных ионов усечена в точке х =- О. Имплантнруемые ионы размещаются главным образом в междоузлиях кристаллической решетки кремния, причем поверхностный слой, в который производилась имплантация, оказывается сильно нарушенным в результате воздействия высокоэнергетических ионов.

Разупорядочение атомов кремния в поверхностном слое часто достигает такой степени, что этот слой из кристаллического становится практически аморфным. Чтобы восстановить упорядоченную кристаллическую структуру поверхностного слоя и дать возможность имплантированным ионам разместиться в вакансиях кристаллической решетки кремния, пластину следует подвергнуть ошжигу. Отжиг обычно проводится при повышенной температуре, зачастую порядка 1000 'С, в течение примерно ЗО мин.

Существуют и другие методы отжига, например отжиг лазерным или электронным лучом, при котором разогрев и рекристаллизация происходят только в поверхностном слое пластины. Часто за ионным легированием следует обычная диффузия типа «разгонки», и тогда отжиг происходит непосредственно в ходе диффузии. Технологии изготовлении интегральных ахеи 39 Ионное легирование — гораздо более дорогостояший процесс, чем обычная диффузионная вагонка, так как он требует больших затрат на оборудование и имеет меньшую производительность. Однако он позволяет гораздо точнее контролировать суммарную плотность введенной в пластину легирующей примеси Ч, а следовательно, и поверхностное сопротивление, Кроме того, метод ионного легироваипя дает возможность вводить очень малые дозы ионов !~ (( 10" см ') и, значит, получать очень высокие значения поверхностного сопротивления ()1000 Ом/квадрат), Слон с такпм высоким поверхностным сопротивлением слумват для создания резисторов больших номиналов (==50 кОм), входя.

щих в состав ИС. Очень малые дозы и низкие энергии ионов используются также для подгонки порогового напряжения МОП- транзисторов и для других целей. Чтобы имплантация ионов происходила только на определенных участках поверхности пластины кремния, эта поверхность должна быть покрыта маскирующим слоем. При имплантации ионов сравнительно низких энергий (меньше ! 00 кэВ) в качсстве маскирующих материалов обычно используются ЯО„5!.,К), и фоторсзцст, Относительная тормозная способность этих материалов по сравнению с кремнием прн имплантации бора и фосфора составляет соответственно 1,25, 1,62 и 0,75.

При более высоких энергиях ионов можно использовать тонкие пленки тяжелых металлов — золота, платины, вольфрама, тантала, — нанося их поверх слоя 5!О,. Относительная тормозная способность указанных материалов при имплантации ионов бора или фосфора с энергией 1000 кэВ лежит в пределах от 2 до 4. Покажем, кан выбирается маскирующее покрытие, на примере имплантации ионов бора с энергией ! 00 кэВ в плзсг пну кремния. В этом случае проекция длины пробега составляет 0,30 мкм, а разброс рнер — — 0,062 мкм. Глубина, на которой концентрация имплантированных ионов составляет менее О,! ь4 максимальной концентрации, определяется как х = Ри + 3,7Л!хр — — 0,30 мкм + + 3,7 х 0,062 мкм =- 0,53 мкм. Чтобй концентрация имплантпрованиых попов в закрытом маской кремнии не превышала О,! ь4 максимальной концентрации, толщина маскирующего слоя должна быть равна 0,53 мкыДТормозная способность).

Если маской служит слой ЯОе, как это часто бывает на практике, его толщина должна составлять 0,53 мкм/1,25 = 0,424 мкм = 424 нм. Оксидный слой такой толщины легко получить методом термического окисления. 1.4. Окисление Как только чистая поверхность кремния оказывается в воздушной среде, на ней почти мгновенно образуется очень тонкий оксидпьш слой в результате реакции Я + О, ЯО,. Этот тон- 40 Глава у кий оксидиый слой называют собственным окислом, и толщина его составляет всего 2 — 3 им.

Чтобы происходил процесс окисления, атомы кремния и кислорода должяы реагировать между собой. Формирующийся в результате слой В!О, представляет собой плотную, непрерывную защитную пленку, которая закрывает поверхность кремния и, следовательно, препятствует дальнейшему окислеиию. Следовательно, окисление представляет собой самоограцичивающийся процесс. Слои диоксида кремния (Ь<Ов) используются в основном для двух целей: 1. В качестве маски при диффузии или имплаитации, для получеиия диффузионных или иоиио-легированных областей определенной коифпгурации.