Способ обработки эпитаксиальных слоев кремния

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоцналнстнческнхРеслублнк о п 736219 Фъ(23) Приоритет оо делам изобретений н открытий(71) Заявитель Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ КРЕМНИЯ Изобретение относится к способам обработки эпитаксиальных слоев кремния и может быть использовано в технологии производства полупроводниковых приборов,Существует ряд методов создания неоднород 5 ного распределения носителей зарядов в объеме полупроводникового материала. Основными из них являются диффузия и ионная имплантация, Первый характеризуется тем, что в исходный материал вводится некоторое количест 1 О во примеси, создающее строго определенныйпрофиль распределения концентрации носителей зарядов 113.К недостаткам этого метода относятся длительность проведения процесса; необходимость5 использования дополнительных веществ примеси; невозможность управления положением и формой профиля распределения концентрации носителей зарядов, так как здесь он задается законом диффузии и имеет один и тот же неизменный вид.Известен метод ионной имплантации, позволяющий получать профили распределения концентрации носителей зарядов путем введения в кристаллическую решетку полупроводтппового кристалла ионов различных веществ (23,Основными недостатками ионной имплантацииявляются: внедрение ионов на незначительнуюглубину в кристалле, не превышающую 1 -2 мкь; невозможность управлять положениеми формой профиля распределения концентрацииносителей зарядов; существенные нарушенияструктуры кристаллической решетки обрабатываемого объема; необходимость применениядополнительных веществ-примесей. Известен способ обработки эпитаксиальныхслоев кремния путем облучения часттщамивысоких энергий 3). Этот способ позволяетуправлять формой профиля с помощью использования бомбардировки полупроводниковогоматериала протонами или ионами инертноговещества,Недостатком таких способов, кроме перечисленных для процессов диффузии и ионнойимплантации, является то, что так как частицыпроникают на малые глубины, порядка 1 - 2 мкм,управление профилем распределения концентра 3 73ции носителей зарядов осуществляется., в основном, в указанном интервале глубин,Цель изобретенияуправление величинойи знаком градиента концентрации носителейзарядов, ее максимальным значением и положением этого максимума по глубине эпитаксиального слоя.Это достигается тем, что систему зпитдкси.дльный слой - подложка облучают быстрымиэлектронами с энергией 3 - 5 МэВ, дозами от1 х 10 б до 1 1101 г см г,На чертеже изображен график профилейраспределения, где кривая а - профиль распределения концентрации носителей зарядов длянеоблученного образца; кривая б - для дозыоблучения 1 х 10 см ; кривая в - длядозы облучения 5 х 101 б см г; кривая г -для дозы облучения 1 х 10 гг см г.Сущность предлагаемого метода состоит вследующем. Систему эпитаксиальный слой -подложка облучают быстрыми электронами сэнергией 3 - 5 МэВ, меняя дозу облучения от1 х 10 до 1 х 10 см г. При этом вобъеме материала возникают точечные дефекты, Поверхность полупроводника является стоком для дефектов, Поэтому их распределениепо глубине будет неравномерным. Оно пропорционально функции1 =1-ехр(- - )Хгде Храсстояние от поверхности;- длина диффузии радиационного дефекта.Особый интерес представляет применениетакого воздействия к системе эпитаксиальныйФслой - подложка, Здесь существуют две границы дЛя стока дефектов: поверхность слояи граница его раздела с подложкой. Результирующее распределение радиационных дефектов при этом определяется суперпозицией двухфункций 1 и будет иметь колоколообразнуюформу, Различие границ смещает максимумкривой распределения к одной из них. Радиационные дефекты создают энергетическиеуровни в запрещенной зоне, что обеспечиваетнеоднородное распределение носителей зарядовпо глубине эпитаксиального слоя.Энергия пучка - от 3 до 5 МэВ. ДанныйФдиапазон значений энергии выбирается, исходяиз следующих соображений: физической основой предлагаемого способа обработки слоевявляется возникновение в них точечных. дефектов. При энергии электронов менее 4 МэВколичество и стабильность названных дефектовнедостаточны для образования явно выраженногоградиента концентрации носителей заряда, Кро.ме того, при таком значении энергии частиц,набор необходимой дозы облучения происхо 119 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 диз гд время 1 е.41 нпее пр к 1 ичееки 1 еие.1 е сообрд 1 ным ие 1 дх 11 кндние дко 1 н способа. Принергил чдси 11 бо 11 ее 5 МВ количество дефек 1 ов и их евойс 1 вд дков 11, 1 го обрд 1 уюзся необратимы и 1 менения с 1 рук 1 урпых свойств исходно 1 о м;периен 1 д, ухудшающие основные пдрдме 1 ры приборов, создаваемых на его основе, В связи с эим оптимальным следует считать диапазон значений быстрых электронов от 3 до 5 МэВ.П р и м е р. При облучении эпитдксидльных слоев кремния п.тина (КЭФ. 7,5) быстрыми электронами с интервалом доз от 1 ф 10 " до 1 х 10" см г получены профили рдспределе;ния, отличающиеся градиентом концентрации носителей зарядов, ее максимальным дбсолю 1- ным значением и расположением максимума по глубине эпитаксиального слоя.Энергия пучка от 3 до 5 МэВ.Получены следующие результаты. При дозе облучения 1 х 10 в эпитаксиальном слое1 бкремния получено максимальное значение кон.з рядов 7 2 х 1014 на глубине 4,2 мкм, Градиент концентрации изменяется по глубине: на глубине 1,6 мкм при абсолютном значении 5 х 1014 смградиент концентрации равен 1,01 х 10 см 4, а на глубине 8,6 мкм 6,22 х 10 см и меняет знак.Доза облучения 5 х 101 б см г дает максимальное значение концентрации носителей зарядов 6,2 х 10 смна глубине 13,4 мкм. Градиент концентрации изменяется по глубине: на глубине 9 мкм при абсолютном значении 2 х 101 б м-з он равен 2,03 х 10 го см-з на глубине 16 мкм 1,73 х 10 см " и меня. ет знак.Облучение при дозе 1 х 10см г обеспечивает максимальное значение концентрации носителей зарядов 1 х 10 см з на глубине 14,7 мкм. Градиент ее изменяется по глубинедля концентрации 1 х 10 смнд глубине 13,2 мкм он равен 1,35 х 10 см 4, но изменения знака в этом случае не достигнуто.Анализ полученных результатов показывает, что, выбирая дозу облучения, можно управлять:а) значением градиента концентрации носителей зарядов и его знаком;б) максимальным абсолютным значением концентрации носителей зарядов;в) положением этого максимума по глубине эпитаксидльного слоя. Изменение свойств объекта, условий егооблучения может дать иные значения и 1 ндкиградиента концентрации носителей 1 д 11 ял 11 в.Тем не менее предложенный нами принципуправления профилем остается несомненным,Преимушества предложенного метода заключаются в следующем.1, Значительная простота. Для создания профиля распределения концентрации носителейзарядов не надо вводить дополнительную примесь в исходный материал, Это исключаетпроведение в определенных случаях дорогостоящих и трудоемких операций-диффузии и ионной имплантации.2. Сохранение свойств исходных материалов.Использование облучения быстрыми электронами позволяет избежать серьезных нарушенийкристаллической решетки, которые создаютпротоны и ионы инертных вешеств.3. Высокая производигельность. Большаяплотность энергии электронов позволяет обрабатывать материалы в течение короткого времени. При этом возможна одновременная обработка большого числа объектов, а также управление их свойствами на большей глубине, вдесятки раз превьплающей возможности диффузии и других известных способов,4. Техническое совершенство аппаратурногообеспечения, Современные ускорители электронов дают возможность автоматизировать ипрограммировать управление процессом получения необходимых профилей. Перечисленные преимушества позволяют повысить качество полупроводниковых приборов,культуру и экономическую эффективность ихпроизводства.5 ЮФор мул а изобретенияСпособ обработки зпитаксиальных слоевкремния, выращенных на подложках, путемоблучения частицами высоких энергий, о т 10 л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью управления величиной и знаком градиента концентрации носителей зарядов, ее максимальным значением и положением этого максимума поглубине эпитаксиального слоя, систему эпитак.15 сиальный слой - подложка облучают быстрымиэлектронами с энергией 3 - 5 МэВ, дозами от1 х 10 до 1 х 107 см ,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Курносов А. И, и др. Технология производства полупроводниковых приборов. М.,Высшая школа, 1974, с. 128 - 173.2, Патент ФРГ Н 1966237, кл. 21 д 11/02,опублик. 1975.3, Данилина А. Б. Радиоционно-стимулированная диффузия - эффективный метод легирования полупроводников. - Зарубежнаяэлектронная техника, 1974, Х 8, с. 31-50 (про.тотип)..1 НИИЛИ Государственн ло делам изобретен 11363, Москзд, тК - 35 ."Подтвс ого комитета СССР Й и откРытийская наб илиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель Т, Большакова Редактор Л, Гребенников Техред М,Петко Корректор А,Гриценко