Способ повышения стабильности характеристик кремния

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(5 р Н 01 Ь 21/263 ЕТЕНИ Н АВТОРСНОНУ.СВАСВТВЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Институт физики полупроводниковСибирского отделения АН СССР(54)(57) 1. СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК КРЕМНИЯ к термическим и временным факторам, включающий облучение элект ронами или у -квантами с энергией 0,5,20 МэВ в сочетании с отжигом, о тличающийся тем,что,сцелью ,увеличения степени стабильности харак ,тернстик кремнияоблучение проводят с дозой Ф = 10 "й частиц/см, а отжиг ведут при 740-1070 К.2,Способпоп, 1, отличаюш а й с я тем, что облучение и отжиг ведут одновременно.3. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что отжиг проводят после облучения, причем облучение про водят цри комнатной температуре, а оь. жиг ведут при 870-92 С К в течение 1-2.ч84992Изобретение относится к электронике,а именно к технологии получения и обработки полупроводников, стабильных кфакторам технологических процессовизготовления и эксплуатации полупроводниковых приборов (температуры, давления,резки, шлифовки, полировки, электрических полей, нанесения покрытий и др.),Известны способы, направленные наполучение материала, стабильного к перечисленным выше факторам, состоящиев изменении условий выращивания, вчастности замедлении скорости вытягивания кристаллов из расплава, либо скорости роста эпитаксиальных пленок.Однако из-оа большого разнообразияпримесей (легируюших и неконтролируемых) и дефектов, с оаной стороны, итребований необходимого уровня легирования, а также производительности про "щцесса, определяющей относительно высь.кую скорость выращивания, с другой стороны, получаемые кристаллы характерьмзуются высокой степенью неравновесности(В условиях эксплуатации приборов) по 25концентрациям примесей в данном состоянии (т.е. наличием пересышения), наличием неравновесных фаз и поверхностей,Таким образом, получаемые кристаллыв дальнейпих процессах производстваполупроводниковых приборов имеют воэможность менять свои свойства и вызыватьнестабильности характеристик приборовпбц действием сопутствующих технологических факторов,Известен также способ повышениястабильности характеристик кремния ктермическим и временным факторам,включающий облучение электронами или-квантами с энергией 0,5 - 20 МэВ всочетании с отжигом,кремния.Поставленная цель цостигается тем, что в известном способе повышения стабильности характеристик кремния к термическим и временным факторам, включающим облучение электронами или )з-квантами с энергией 0,5-20 МэВ в сочетании с отжигом, облучение провоцят цоэой ф=10 -10 частиц/см, ав чяо отжиг ведут при 740-1070 К, кроме того, облучение и отжиг ведут оновремен но, а отжиг проводят после облучения, причем облучение провоцят при комнатной температуре, а отжиг ведут при 870 920 К в течение 1-2 ч. Этот способ позволяет отбраковывать материалы с дефектами, обусловленными отклонением от равновесных условийвыращивания полупровоаниковых матери 45алов.Однако .этим способом нельзя полностью устранить. указанные недостатки. Поскольку неравновесность получаемых кристаллов в той или инойстепени все, 50 да присутствует, то количество бракован ного материала может быть весйМа зна чительным. Проблема увеличениФ выхода гоаных полупроводниковых приборов и сни женю их себестоимости требует раэра-,55 ботки методов, направленных на устранение нестабильности материалов (т,е, их неравновеоность после выращивания). 8 ЪБелью изобретения является увели е. ние степени стабильности характеристик Вырашенные кристаллы полупровоцни ков содержат значительное число примесей и дефектов не равновесных (по конентрациии или положению в решетке) в условиях производства и функциониромния полупроводниковых; приборов. Наличиеэтих примесей опрецеляет многиемжные аля работы полупроводниковыхприборов параметры материала, такиекак: концентрация свободных носителейзаряда (п(р , их подвижность (М),время жизни неравновесных носителейзаряда (7), коэффициенты поглощениясвета на различных алинах волн и цр.Значительное содержание углерода ( МЪ34 10 см) определяет эффективностьперестроек кислороца в % и выэьвает дополнительные реакции в кристалле матрицы, Учитывая, что концентрации примесей 0 и С, а также легируюших примесей (бор, фосфор и др.) в кристаллах кремния превышает предел растворимостив условиях производстм и эксплуатации полупроводниковьк приборов, следует .ожидать неконтролируемых измененийих состояний в кристалле, а следовательно, и неконтролируемых изменений параметров материала и приборов. В частности, изменение концентраций кислородаи углерода приведет к нестабильностипараметров ряда полупроводниковыхприборов на основе кремния. Так, например, будет меняться чувствительностьпримесных инфракрасных фотоприемниковв области 9 и 16,5 мкм за счет уменьшения коэффициентов поглощения по меревыпадания кислорода и углерода в фазу.(Поглощение на 9 и 16,5 мкм прямопропорционально концентрации растворенного кислорода и углероца соответствен-.но).Примеры иллюстрируют возможностьвызвать необратимые перестройки примесей облучением кристаллов высокоэнергетическими частицами и тем самым воспрепя тствовать самопроизвольной их.перестройке при созцании и эксплуатацииполупроводниковых приборов.Технико-экономические преимушества,Преалагаемый способ облацает универ.сальностью, т.е. воэможностью возцействовать на исходную неравновесностькристалла любой природы, контролируамостью, высокой эффективностью, Реа. лизация способа возможна на разныхстациях обработки материала: наслитке,пластине, пластине после циффузии примеси и цр. Слецствием реализации способа является улучшение параметровполупроводниковых материалов, повышениестабильности их характеристик при воэдействии технологических и цругих факторов (например, температуры, временихранения), увеличение выхоца гоцногоматериала и снижение себестоимости как,их основе,4Из полученных результатов слецует,что коэффициент поглоцения после об О работки по прецлагаемому способу неизменяется поц влиянием послецующейобработки в прецелах точности измере- ний (3 57 о). 1, Прогрев при 740 780 К в течение 27 ч2. ОблучениеФ=З"10 8 смТобл 7 ф 780 К, Е 1,6 Р 1 10 15 (по отношению к исхоцному р 3 0ллов, (по отношениот- к величийе в2 рогрев при70 К крисбра бо таиныхсно примеп, 2) 3 8499Состояние кристалла можно приблизить к более равновесному путем стимулирования замороженных при выращивании , реакций с помощью либо облучения электронами с энергией 0,8 - 20 МэВ и у : квантами с послецующим высокотемпературным отжигом (970 ОК цля кремния, цлительность отжига при этом составляет 1-2 ч и опрецеляется скоростью отжига и выхоцом процесса на стационар), либо облучением сразу при повьпденной температуре. При облучении ицет эффективное взаимоцействие простейших це фектов (вакансий и межцоузлий) с примесями, растворенными в кристалле, грани цами разцела. Значительную суммирующую роль при этом играет мощная ионизация при облучении. В результате происхоцят перестройки примесей, ".декорирование границ и кристаллы по многим парамет рам меняют свое состояние в сторону более равновесного (например, уменьшается пересышение по количеству примеси), а значит и в сторону большей стаоильности своих сВОйстВ и сВОЙстВ 25 изготовляемых на его основе полупроводниковых приборов. Неравновесные цефекты, также возникающие при облучении, могут быть уцалены термическим отжигом. Число их можно ограничить, применяя высокотемпературное облучение.П р и м е р ы., Использовался кремний п тица, легированный фосфором марки КЭф, коэффициенты поглощения света при комнатной температуре 235 и 3 см-" цля кислороца и углероца соответственно (это цает концентрацию кислороца 10 " см 3, углерода,8 х х 10 " см-). Облучение велось электро нами с энергией 1,11,6 МэВ. 28 4Коэффициенты поглощения и соотвегствуюшие концентрации кислоропа в межцоузельном положении и углероца в эамещаюшем опрецелялись метоцом ИК поглощения на цлинах волн9,1 и 16,5 мкм соответственно. времени и с 60 . температурой(по отношению До температу к исхоцному) 870-970 К(К исходному) До температур выше 1070 К 70(к исходному) Составитель Ю. КондратьевРедактор М. Кузнецова ТехредМ.Надь Корректор В. ВернякЗаказ 6268 О, Тираж 761 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж 35, Раушская набд, 4/5 Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 4. ОблучениеФ=10 "В см ,Табл =920-970 КЕ=1,6 МэВ г 5. Прогрев при 770 Ккристаллов, обработанных согласно.примеру 4 6, ОблучениеФ=10 "9 см"2, Тол =1070 К Е=1,6 МэВ 7. Прогрев при770 К кристал лов, обработанных согласно примеру 6 8, Облучение прикомнатной температуре Ф=2 к к 10 "всм 2, Е=1,1 МэВ и отжиг при 870 К 1 ч 9, Прогрев при770 оК кристаллов, обработанных согласно примеру 8 О(по отношениюк величине впримере 8) 0(по отношениюк величине впримере 8)