Способ обработки эпитаксиальных слоев кремния
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскмк
Соцмалмстмческмх
Реслублнк
Н 01 L 21/263 (22) Заявлено 07.04.78 (g1) 2598651/18 — 25 с присоединением заявки ¹ Государственный комитет (23) Приоритет оо делам изобретений н открытий О убликовано 25 05 80 Бюллетень № 19 Дата опубликования описания 25.05.80 (53) УД К621382. .002 (088.8) (72) Авторы изобретения Е. М. Курицын, В. А. Мокрицкий и В. И. Шаховцов (7l) Заявитель Одесский ордена Трудового Крас ого 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 неоднородБ 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 количест1О во примеси, создающее строго определенный профиль распределения концентрации носителей зарядов (1). К недостаткам этого метода относятся длительность проведения процесса; необходимость ! 5 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 полупроводтпп<ового кристалла ионов различных веществ (2). Основными недостатками ионной имплантации являются: внедрение ионов на незначительную глубину в кристалле, не превышающую 1— 2 мкь., невозможность управлять положением и формой профиля распределения концентрации носителей зарядов; существенные нарушения структуры кристаллической решетки обрабатываемого объема; необходимость применения дополнительных веществ-примесей. Известен способ обработки эпитаксиальных слоев кремния путем облучения часттщами высоких энергий (3). Этот способ позволяет управлять формой профиля с помощью использования бомбардировки полупроводникового материала протонами или ионами инертного вещества, Недостатком таких способов, кроме перечисленных для процессов диффузии и ионной имплантации, является то, что так как частицы проникают на малые глубины, порядка 1 — 2 мкм, управление профилем распределения концентра3 73 ции носителей зарялов осуществляется.. в основном, в указанном интервале глубин. Пель изобретения -- управление величиной и знаком градиента концентрации носителей зарядов, ее максимальным значением и положением этого максимума по глубине эпитаксиального слоя. Это достигается тем, что систему зпитаксиальный слой — подложка облучают быстрыми электронами с энергией 3 — 5 МэВ, дозами от 1х10 б до 1х10 см . На чертеже изображен график профилей распределения, где кривая а — профиль распределения концентрации носителей зарядов для необлученного образца; кривая б — для дозы облучения 1 х 10 см ; кривая в — для дозы облучения 5 х 10гб см, кривая г— для дозы облучения 1 х 10 см . Сущность предлагаемого метода состоит в следующем. Систему эпитаксиальный слой— подложка облучают быстрыми электронами с энергией 3 — 5 МэВ, меняя дозу облучения от 1 х 10 до 1 х 10 см . При этом в объеме материала возникают точечные дефекты, Поверхность полупроводника является стоком для дефектов. Поэтому их распределение по глубине будет неравномерным. Оно пропорционально функции =(1-ехр(- — )j Х где Х -- расстояние от поверхности; 1 — длина диффузии радиационного дефекта. Особый интерес представляет применение такого воздействия к системе эпитаксиальный Ф слой — подложка. Здесь существуют две границы для стока дефектов: поверхность слоя и граница его раздела с подложкой. Результирующее распределение радиационных дефектов при этом определяется суперпозицией двух функций 1 и будет иметь колоколообразную форму. Различие границ смещает максимум кривой распределения к одной из них. Радиационные дефекты создают энергетические уровни в запрещенной зоне, что обеспечивает неоднородное распределение носителей зарядов по глубине эпитаксиального слоя. Энергия пучка — от 3 до 5 МэВ. Данный диапазон значений энергии выбирается, исходя из следующих соображений: физической основой предлагаемого способа обработки слоев является возникновение в них точечных. дефек. тов. При энергии электронов менее 4 МэВ количество и стабильность названных дефектов недостаточны для образования явно выраженного градиента концентрации носителей заряда. Кро. ме того, при таком значении энергии частиц ,набор необходимой лозы облучения происхо5 Ли» га время, л .лаю псе lip,iv. IH÷ñ êè непелесообра ппам иелоль и>н: ние а ко и способа. При»нергип час пи бол е 5 МэВ коли гество дефектов и их cH0AUIB» i аковы, ио обра уклся необратимьп изменения с рук урпых свойств исхолнсл о ма»ери.Ulа, ухудшающие основные параметры приборов, co»äiâ Mblx на его основе. В связи с э»им оптимальным следует считать диапазон значений быстрых электронов от 3 ло 5 МэВ. Пример. При облучении зпитаксиальных слоев кремния и- тина (КЭФ. 7,5) быстрыми электронами с интервалом лоз от 1 10 " до 1 х 10 " см получены профили распределе;ния, отличающиеся градиентом концентрации носителей зарядов, ее максимальным абсолюзным.значением и расположением максимума по глубине эпитаксиального слоя. Энергия пучка от 3 до 5 МэВ. Получены следующие результаты. При дозе облучения l х 10 в эпитаксиальном слое 1б кремния получено максимальное значение кон4 на глубине 4,2 мкм. Градиент концентрации изменяется по глубине: на глубине 1,6 мкм при абсолютном значении 5 х 10 4 см градиент 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 10 см дает максимальное значение концентрации носителей зарядов 6,2 х 10 см на глубине 13,4 мкм. Градиент концентрации изменяется по глубине: на глубине 9 мкм при абсолютном значении 2 х 10 см з он равен 203 х 10 см на глубине 16 мкм 1,73 х 10 см " и меняет знак. Облучение при дозе 1 х 10 см обеспечивает максимальное значение концентрации носителей зарядов 1 х 10 см на глубине 14,7 мкм. Градиент ее изменяется по глубине -- для концентрации 1 х 10 см на глубине 13 2 мкм он равен 1 35х10фе 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 эпитаксиального слоя. Изменение свойств объекта, условий его облучения может дать иные значения и наки градиента концентрации носителей»арялов. 736219 Тем не менее предложенный нами принцип управления профилем остается несомненным. Преимущ ства предложенного метода заключаются в следующем. 1, Значительная простота. Для создания профиля распределения концентрации носителей зарядов не надо вводить дополнительную примесь в исходный материал. Это исключает проведение в определенных случаях дорогостоящих и трудоемких операций-диффузии и ионной имплантации. 2. Сохранение свойств исходных материалов Использование облучения быстрыми электронами позволяет избежать серьезных нарушений кристаллической решетки, которые создают протоны и ионы инертных веществ. 3. Высокая производигельность. Большая плотность 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, в десятки раз превышающей возможности диффузии и других известных способов, 4. Техническое совершенство аппаратурного обеспечения. Современные ускорители электронов дают возможность автоматизировать и программировать управление процессом получения необходимых профилей. Перечисленньte преимущества позволяют повысить качество полупроводниковых приборов, культуру и экономическую эффективность их производства. 5 Ж Формула изобретения Способ обработки зпитаксиальных слоев кремния, выращеHHbIx на подложках, путем облучения частицами высоких энергий, о т10 л и ч а ю шийся тем, что, с целью управления величиной и знаком градиента концентрации носителей зарядов, ее максимальным значением и положением этого максимума по глубине эпитаксиального слоя, систему эпитаксиальный слой — подложка облучают быстрыми электронами с энергией 3 — 5 МэВ, дозами от 1 х 10 до 1 х 10 7 см . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Курносов А. И. и др. Технология производства полупроводниковых приборов. М., Высшая школа, 1974, с. 128 — 173. 2. Патент ФРГ N 1966237. кл. 21 д 11/02, опублик. 1975. 3. Данилина А. Б. Радиоционно-стимулированная диффузия — эффективный метод легирования полупроводников. — Зарубежная электронная техника, 1974, Х 8, с. 31 — 50 (прототип). 7362!9 Заказ 2436/42 Тираж 844 Подписное )1НИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий )1363, Москва, тК вЂ” 3>, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель T. Большакова Редактор Л, Гребенников Техред М,Петко Корректор АХрнценко
