Отжиг ионнолегированных слоев

После ионного внедрения примеси в мишень число дефек­тов обычно превышает концентрацию примеси. Поскольку дефекты дают глубокие ловушки для электронов и дырок, то имплантнрованный неотожженный слой (со средней кон­центрацией примеси приблизительно 10¹⁶ см^–3) обладает вы­соким удельным сопротивлением.

Целью отжига является достижение электрической ак­тивности легирующих примесей и устранение дефектов кристаллической структуры.

В случае малых доз легирования примерно 10¹² см^–2 и при отсутствии аморфных слоев концентрация носителей плавно возрастает с температурой отжига. В остальных слу­чаях процессы, протекающие при отжиге, сложнее и включа­ют: уничтожение дефектов – ловушек, изменение концентра­ции собственных вакансий и межузельных атомов кремния, возникновение дислокаций и др. [1]. При дозах имплантации ионов бора порядка 10¹² см^–2 полный отжиг кремния проис­ходит при температуре 800 ⁰С в течение нескольких минут. По времени прежде всего отжигаются области соответствую­щие участкам профиля распределения с низкой концентра­цией имплантированных ионов, затем области соответствую­щие центральной части профиля распределения примеси.

Важную роль при отжиге играет диффузия. Присутствие в слое большой концентрации радиационных дефектов, осо­бенно вакансий и межузельных атомов кремния, стимулиру­ет процесс диффузии, несмотря на сравнительно малые тем­пературы отжига. Коэффициент радиационностимулирован­ной диффузии возрастает в 3 раза и более по сравнению с монокристаллами. Диффузия в процессе отжига приводит к размытию первоначального профиля ионного легирования. Профиль распределения примесей после отжига можно по­лучить, воспользовавшись соотношением

.                    (2.5)

Здесь D_эф – эффективный коэффициент диффузии, протека­ющей в процессе отжига. Температуру и время отжига вы­бирают минимальными для подавления процесса диффузии примеси при отжиге.

Влияние диффузии может быть уменьшено без заметного изменения первоначального профиля распределения примеси при лазерном отжиге. В результате импульсного лазерного отжига при 800 ⁰С даже аморфные слои толщиной 100 нм перекристаллизуются по механизму твердофазной эпитаксии в течение нескольких секунд.

задание

1. Ознакомиться с описанием и предложенной литерату­рой по теме.

2. Получить расчетные задания у преподавателя и воп­росы к зачету.

3. Сопоставить данные измерений удельного электросоп­ротивления и изучения под микроскопом сферических шлифов: на исходной кремниевой подложке (1), ионнолегированной бором (2), прошедшей термический отжиг для снятия радиационных дефектов или разгонки примеси (3 и 4 соот­ветственно), а также прошедшей импульсный фотонный от­жиг (5).

Вопросы к зачету

1. Ионный пучок после прохождения апертурной дифраг­мы 8×8 см, расположенной на расстоянии 6 см от мишени, имеет расхождение 10⁰. Определите время процесса, необхо­димое для ионной имплантации дозой 10¹³ см^–2 при токе 5, 10, 50 мкА. Используя интегратор заряда (измеряющий It), калиброванный для однократно ионизированных моноатом­ных частиц, определите дозу соответствующую трижды иони­зированным одноатомным частицам.

2. Рассчитайте величины поверхностного сопротивления кремния, имплантированного As⁷⁵ и ВF₂⁴⁹ с энергией 30 кэВ и дозой 10¹⁵ см^–2 с учетом предположения полной активно­сти примеси, внедренной в соответствии с неразмытым про­филем распределения Гаусса. Профиль может быть аппрок­симирован участками постоянной концентрации и подвижно­сти легирующей примеси.

3. Постройте профиль легирования кремния бором дозой 10¹⁵ см^–2 с энергией 60 кэВ, используя распределение Гаус­са.

4. Глубина перехода в вертикальном направлении опре­деляется соотношением

                                ( 2.6)

где n_ф – фоновая концентрация легирующей примеси. Рас­считайте величину X_j при легировании кремния ионами ⁺As с энергией 60 кэВ дозой 10¹² см^–2. Примите n_ф = 10¹⁶ см^–3.

5. Постройте профили распределения легирующей приме­си в Si в вертикальном направлении для отжига в течение 30 мин при температуре 800 и 1000 °С, используя соответствeннo коэффициенты диффузии примеси D_эф=5·10^–16 см²/с и 8·10^–15 см²/с и предполагая, что уравнение (4.5) справед­ливо. Используя описание к работе №1 оцените тип при­меси.

6. Для процесса ионной имплантации ионов бора в моно­кристаллический кремний с энергией 300 кэВ дозой 10¹³ см^–2 рассчитайте количество дефектов смещения (см^–3).

ЛИТЕРАТУРА

1. Технология СБИС / Под ред. Зи С. М.: Мир, 1986. Т. 1. С. 300 – 350.

2. Риссел Х., Руге И. Ионная имплантация. М.: Наука, 1983.

Лабораторная работа № 3

ТЕРМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ КРЕМНИЯ

Цель работы – ознакомление с технологией получения оксидных пленок кремния методом термического окисления.

В технологии кремниевых полупроводниковых приборов оксид кремния используется в качестве маски при диффузии и ион­ной имплантации легирующей примеси, для пассивирования по­верхности и изоляции как один из основных компонентов МОП-cтpyктyp. Для формирования оксидных слоев на поверхности кремния широко применяется в настоящее время метод термиче­ского окисления. На многие свойства слоев SiО₂ и в особенности на свойства границы раздела Si-SiО₂ влияют режимы окисления, выбор которых возможен только на базе глубокого понимания механизмов окисления.