Способ создания в кремнии слоев -типа проводимости

(19) (11) 3(51) Н 01 14 21 263 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ(71) Институт физики высоких энергий АН Казахской ССР(56) 1. Грегори В.Л. и Зиндер Х.Х, Нестационарный отжиг дефектов в облу ,ченных кремниевых приборах, ТИИЭР, 58, У 9, 1070, с.34.2. ОЬаига Т. е 1 а 11,ЯЬа 11 ою аопог 1 огщаФ 1 оп 1 п Б 1 ргоййс ес) Ьургочп РЬуа. 81 аЬп а (а) 15, Р 1, 1973,рр.93-98.(57) Способ создания в кремнии слоев )1-типа проводимости, включающий бом. бардировку протонами исходного крем; ния и последующий отжиг, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения радиационной стойкости полученных слоев и обеспечения их пространственной устойчивости при различных температурах, бомбардировку проводят с энергиями не ниже 500 кэВ до концентраций в слое 10 10 см , при этом температураЯОподложки поддерживается не вышео50 С, а отжиг проводят при темпера- а турах 150-300 о в течение 5-40 мин. фИзобретение относится к областифизики и техники полупроводников,а именно к технологии полученияполупроводниковых материалов и приборов,Существенным недостатком полупроводникового материалов, в том числеи кремния, является их чувствительность к действию радиации.Воздействие ядерного излученияприводит к образованию в полупроводниковом материале радиационных дефектов, которые имеют глубокие уровни в запрещенной зоне полупроводникачто приводит к удалению электроновв и -кремнии из зоны проводимости 15и деградации материала 1.Известен способ получения кремнияП-типа с повыаенной стойкостью к действию радиации путем легированиякремния литием. Литий, введенный в 20кремний путем диффузии, образует мелкий донорный уровень Е. МэВ,Однако этот способ из-за высокойподвижности лития в кристаллическойрешетке кремния при Тл 200 С практически не может быть использован длясоздания тонких слоев П -типа с заданным профилем и на различной глубине.Известен способ создания в кремиислоев Ч -типа проводимости, вклюающий бомбардировку протонами исходного кремния и последующий отжиг Г 2.7В этом способе используются протоны с энергией 60-300 кэВ с последующим отжигом кремния при температурах выше 300 С, В этом способе неудается получить пространственноустойчивый слой, поскольку донорыобразуются практически вдоль всегопробега протонов в кремнии,Цель изобретения - увеличение радиационной стойкости полученных слоев и обеспечение их пространственной устойчивости при различных температурах,45Это достигается тем, что бомбардировку проводят с энергиями нениже 500 кэВ до концентраций в слое1018 - 10 см 3, при этом температура подложки должна быть не.выше50 С, а отжиг проводят при температурах 150-300 С в течение 5-40 мин.8Как показывают измерения, скоростьвведения мелких водородных доноровсущественно выше (в 10-25 раз), если энергия протонов выше 500-800 кэВи составляет около 0,1 донора напротон, Увеличение энергии протоноввыше нескольких мегаэлектронвольтприводит к дальнейшему росту скорости введения доноров. Поэтому энергияпротонов должна быть по крайнеймере выше 500 кэВ. Глубина залеганияслоя определяется пробегом протоковв кремнии. Гсли однако, необходимосоздать слой на глубине меньше,чем пробег используемых протонов, то это достигается путем изменения угла падения пучка протонов и плоскости подложки в соответствии с формулой3 л 1 п 0,где О 3Испытание радиационной стойкости проводят на кремнии с проводимостью 5:40 Ом см, который получают путем внедрения "- 10 смпротонов с максимальной энергией 6 МэВ с последующим отжигом при 250 С в течение 20 мин. Исходным материалом служит кремний Г -типа с проводимостью 60-10 Ом см, после отжига при+450 С он инвертируется в И -тип,глубина залегания слоя;пробег протонов в кремнии;угол между направлениемпучка протонов и плоскостьюподложки,Тот факт, что скорость введения мелких водородных доноров существенно выше при больших энергиях протонов, свидетельствует о пороговом их образовании и о том, что для их формирования необходимы сложные комплексы дефектов кристаллической решетки кремния. Образование стабиле ных комплексов дефектов, например тетравакансий, происходят лищь при температуре подложки л 70-50 С . Проведенные измерения показали, что повышение температуры подложки при облучении до л 150 фС приводит к уменьшению скорости введения мелких доноров примерно в 10 раз, а при Т л 250-300" С они практически не образуются. Поэтому температура подложки при формировании слоев И -типа протонным облучением должна быть ниже по крайней мере 50 С. Понижение температуры подложки до 80 К к существенному увеличению скорости введения не приводит.Создание в слое концентрации водо рода л 10 - 10 см 3 обеспечивает кроме образования слоя П -типа нейтрализацию электрически активных примесей, например кислорода и точечных дефектов, образовавшихся при вторичном облучении. Благодаря высокой концентрации водорода в слое достигается значительное увеличение радиационной стойкости материала.,Пля формирования слоя П -типа необходим отжиг кремния при температуре 150-300 С. Сочетание отжига при этой температуре и энергии протонов выше " 500 кэВ обеспечивает образование пространственно стабильного-типа ширина которого, в отличие от облучения протонами низких энергий и температур отжига ъ 400 С, не превышает распределения внедренных протонов.б 49270 Редак тор Л, Письман Техред Т.Маточка Корректор О.тигор Заказ 1111/4 Тираж 683 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 В качестве контрольных образцов используют кристаллы И - и-типа ИФи КДБ.Для создания радиационных дефектов используются протоны с энергией 30 МэВ. Протоны с такой энергией полностью простреливают испытываемые образцы, создавая лишь радиационные нарушения.Результаты испытаний показали, что деградация проводимости в водородных образцах происходит при дозах протонов на порядок выше по сравнению даже с низкоомным (5 50 м см) кремнием-типа и составляет л 5 10 ф р/см 2. 15Учитывая, что протоны больших энергий эффективно создают дефекты,характерные для облучения быстрыми электронами и нейтронами, следует ожидать, что радиационная стойкость 20 водородных слоев к воздействию электронов или нейтронов будет заметно выше по сравнению с протонным облучением.Предложенный способ создания радиационно стойких слоев П -типа кремния стабильных пространственно при различных температурах позволит создать полупроводниковые приборы длительно эксплуатируемые, например, в условиях воздействия радиации при допустимом периодическом нагреве до .150- 2000 СБлагодаря возможности создания глубоких слоев П -типа способ может быть использован для создания телескопов, детекторов тяжелых ядерных частиц высоких энергий, когда необходимо создать в кристалле кремния толщиной 300-500 мкм несколько.й-переходов.