[11] Методы Выращивания Кристаллов В Электронной Технике (987513), страница 22

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 22)

Во время отжига протекают одновременно несколько про­цессов: отжиг радиационных дефектов, диффузия примесей и самодиффузия, ассоциация и диссоциация образованных ра­нее дефектных комплексов, перевод аморфных участков по­лупроводника, образовавшихся после ионной имплантации, в монокристаллические. В случае малой дозы имплантированных ионов их электрическая активность возрастает при увеличении температуры отжига (рис. 11.5.12). В области I про­исходит ликвидация таких точечных дефектов, как дивакансии. При увеличении дозы облучения происходит падение степени замещения узлов кристаллической решетки внедрен­ными ионами, этот эффект обычно называют отрицательным отжигом. Для области II характерны переход атомов крем­ния из междоузлии и вытеснение ими примесных ионов из кристаллической решетки. При повышении температуры от 700 до 1000°С концентрация активных атомов бора вновь увели­чивается (область III).

Лазерный и электронно-лучевой отжиг

Обычный отжиг пластин после ионной имплантации про­водится при температуре порядка 1000° С. Как отмечалось, этот процесс приводит не только к восстановлению кристалли­ческой решетки, но и к ряду нежелательных последствий, например снижению времени жизни носителей заряда.

Лазерный отжиг в результате локального высокотемпера­турного нагрева приповерхностных дефектных областей пол­ностью восстанавливает кристаллическую структуру путем повторного эпитаксиального наращивания. За короткое время действия лазерного нагрева (скорость сканирования лазер­ного луча, работающего в непрерывном режиме обычно на­ходится в пределах 5—100 мм/с, продолжительность экспо­нирования при этом составляет 10—100нс) дефектные обла­сти, имеющие аморфную структуру, расплавляются, что дает возможность имплантированным ионам при последующей кристаллизации этих областей разместиться в узлах решетки. Следует отметить, что метод позволяет строго контролиро­вать область рекристаллизации пластины и управлять глу­биной залегания легирующей примеси с помощью изменения длительности и интенсивности лазерного импульса. Большая скорость лазерного отжига исключает необходимость проведения этого процесса в вакууме или в среде инертного газа. Отжиг при импульсном электронном облучении дефектных областей кремниевой пластины имеет ряд преимуществ по сравнению с лазерным. Электронный пучок позволяет облу­чать большие площади, его взаимодействие с материалом подложки не зависит от ее оптических свойств, в то же время импульсный электронный пучок позволяет проводить термо­обработку областей пластины через узкие (до 5 мкм) окна в оксидных пленках.

Таблица 11.5.1 Сравнение технологических процессов обработки пластин лазерным и электронным лучом

Однако при больших дозах облучения происходит накопление зарядов на ловушках оксидного мас­кирующего слоя, для их ликвидации необходим низкотем­пературный отжиг при T~500°С. Сравнение импульсного ла­зерного и электронно-лучевого отжигов приведены в табл. 11.5.1.

11.5.4. Влияние технологических факторов

Диффузия имплантированных примесей

Д
иффузия имплантированных примесей в процессе высо­котемпературного отжига несколько отличается от диффузии в ненарушенных слоях материала подложки. Большое значе­ние при этом имеют разнообразные дефекты, которые могут играть роль стоков для атомов примеси или, наоборот, ускорять процесс диффузии.

Рис. 11.5.13. Зависимость концентрации атомов бора от темпе­ратуры изохорного процесса (35 мин) при энергии ионов бора 70кэВ и дозе Д=10¹⁵ ион*см^-2

Так при температуре 900° С диффу­зия имплантированного бора в кремнии протекает со ско­ростью, соответствующей ускоренному коэффициенту диффу­зии, определенному для монокристаллического кремния. При температурах более 1000° С «размытие» имплантированного слоя описывается в рамках обычной теории диффузии. Отступление от классической теории диффузии происходит в основном в области температур 700—800° С, когда основную роль играет не температура процесса, а наличие сильноде­фектных областей. При первоначальном распределении вве­денных методом ионной имплантации атомов примеси, соглас­но функции Гаусса, решение уравнения диффузии при гранич­ных условиях, соответствующих случаю ограниченного источ­ника примеси, имеет следующий вид:

(11.5.9)

В качестве примера на рис. 11.5.13 показаны профили распре­деления имплантированной примеси после отжига, в темпе­ратурном диапазоне 700-—1100° С.

Рассеяние ионов примеси на атомах мишени приводит к возникновению определенной концентрации примесных атомов под маскирующей пленкой. Если боковая диффузия по сте­пени проникновения атомов примеси под маску имеет срав­нимое значение с диффузией в перпендикулярном поверхно­сти пластины направлении, то боковое рассеяние имплантированных ионов значительно меньше глубины их пробегов в прямом направлении. Тем не менее этот эффект необходимо принимать во внимание при конструировании ИС с мелкими р—n-персходами (менее или равными 0,5 мкм).

Технология маскирования при ионной имплантации

Маскирование или защита участков кристаллических плас­тин от действия ионного пучка при создании элементов ИС производится пленками окиси кремния SiO; или Si₃N₄, фото­резистами или пленками металлов. Большие дозы импланта­ции в ряде случаев приводят к изменению физико-химичес­ких свойств маскирующих пленок. Так имплантация ионов алюминия в пленку окиси кремния приводит к образованию смешанных оксидов SiO₂—Аl₂Oз, обладающих повышенной химической стойкостью к действию растворителей по сравне­нию, с чистой окисью кремния.

Применение фоторезистов ограничивает температуру про­ведения ионной имплантации (не более 100° С). Фоторезист под действием доз более 10¹⁴ ион*см^-2 вследствие частичной полимеризации также становится труднорастворимым. Маскирование пленками металлов требует соблюдения особой осто­рожности, так как при имплантации возможно занесение ато­мов маски в полупроводниковые слои. В ряде случаев между слоями полупроводника и металлической маскирующей плен­ки создают тонкий слой диэлектрика, например окиси крем­ния.

Во всех перечисленных выше случаях к маскирующим пленкам предъявлен ряд одинаковых требований: они должны быть достаточно толстыми для полного торможения бомбардирующих ионов, иметь низкий коэффициент распыления ионным пучком и хорошо растворяться после облучения.

Гетерирование

Гетерированием называется удаление нежелательных при­месей и дефектов из области р—n-перехода. Процесс гетерирования состоит в следующем: высвобождение примесей из химических соединений или разложение протяженных дефек­тов на составные части, диффузия примесей или составных частей дислокаций к зонам захвата (стокам), поглощение примесей или междоузельных атомов стоком. Под стоками понимают области полупроводника, куда попадают примес­ные или собственные атомы, которые затем перестают влиять на физические свойства этого полупроводника. Сток обычно связан с нарушением кристаллической решетки, например на­личием плоскости сшивания двух монокристаллических бло­ков.

Диффузия фосфора в ряде случаев является эффективным методом гетерирования меди. Атомы меди в кремнии в основ­ном находятся в междоузлиях, забирая электроны у атомов фосфора они переходят в трижды ионизированное состояние Сu^3- и образуют пары Р⁺Сu^3-. При больших дозах имплантированных ионов (более 10¹⁶ ион*см^-2) последующая термо­обработка приводит к появлению дислокаций и поликристал­лических зон с образованием границ, зерен. Например, внед­рение в кремниевую пластину ионов инертных газов приводит к формированию при отжиге пузырьков газа, ограниченных кристаллографическими поверхностями. На этих поверхнос­тях происходит эпитаксиальное наращивание новых слоев, таким образом во время отжига формируется поликристал­лическая структура. На границах зерен при этом происходит аффективное гетерирование примесей.

11.5.5. Тенденции развития процесса ионной имплантации

Возможность создания мелких переходов является, пожа­луй, основным достоинством процесса ионной имплантации. В настоящее время технически осуществимым является сосре­доточение легирующих примесей в слое толщиной 20 нм, это значит, что р—n-переход будет заметен на глубине около 40 атомных слоев. Создание мелких переходов требует исклю­чения эффекта каналировапия, полное устранение которого достигается предварительной аморфизацией кремния.

Работа приборов с толщиной области обеднения 20 нм мо­жет быть основана на эффекте горячих электронов. При длине свободного пробега электронов 10 нм их продвижение проис­ходит без рассеяния и с большой скоростью, что позволяет существенно раздвинуть частотный предел использования ИС.

При размерах затвора полевых транзисторов 0,1x 0,1 мкм и уровне легирования в области канала 10¹⁸ см^-3 появляются эффекты статистического легирования. При числе атомных слоев под затвором, равном 40, проявляются флуктуации ра­бочих режимов транзистора, определяемые отношением N/N и составляющие величину порядка 20%.

В заключение необходимо отметить, что ионная импланта­ция, обладая рядом преимуществ, будет играть в будущем основную роль в технологии создания ИС.

11.6. ЭПИТАКСИЯ

11.6.1. Основные положения и классификация. Принципы сопряжения решеток

Характеристики

Список файлов учебной работы