Разработка и исследование технологии формирования активных диффузионных слоев элементов твердотельной электроники методом импульсной имплантации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат технических наук Панченко, Валерий Александрович

• Панченко, Валерий Александрович
• кандидат технических наук
• 2002

Заключение диссертации по теме «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника на квантовых эффектах», Панченко, Валерий Александрович

Основные выводы проведенной работы можно сформулировать следующим образом:

1. На основании исследований установок импульсной имплантации с лазерным источником ионов с различными конструкциями ускорительной системы показано, что при ускоряющих напряжениях менее 40 кВ наиболее целесообразно применять одноэлектродную систему ускорения, при этом неоднородность имплантации определяется геометрией ионизационной камеры и структурным совершенством токопроводящей сетки, а достигнутый уровень неоднородности имплантированных слоев не превышает 4 %. При энергиях ионов более 40 кэВ необходимо применение многоэлектродных ускорительных систем, которые обеспечивают достаточно высокую однородность (± 2 %).

2. Проведены исследования методом электронной Оже-спектроскопии поверхности имплантированных пластин и показано, что применение предварительной обработки поверхности мишени слабосфокусированным лучом лазера позволяет проводить процесс импульсной имплантации с качеством не хуже чем на установках с системами сепарации ионного пучка.

3. Получены зависимости поверхностного сопротивления и глубины залегания р-п перехода в кремнии, имплантированном ионами бора и мышьяка от дозы ионов и температуры отжига. Исследования проводились в диапазоне доз 10!3 - ТО16 см"2 при энергии ионов 3Q кэВ и постимплантационным отжигом структур 650 -1100 °С. 5. Показано, что электрическая активность бора при температуре отжига 650 °С, в течение 0,5 час. в диапазоне доз 10в - 5 ТО15 см"2 после импульсной имплантации составляет около 57 %, что ниже чем в обычном методе имплантации. Степень электрической активности примеси при температурах отжига менее 900 °С не достигает 100 %. При дозах ионов бора более

1S 0

5- 10 см", отличия в степени электрической активности не наблюдается. Отмеченные особенности характерны и для мышьяка.

4. Определены коэффициенты диффузии бора и мышьяка в кремнии после импульсной имплантации и отжига в инертной среде в температурном интервале 900 - 1100 °С от дозы ионов. Показано, что коэффициенты диффузии бора в кремнии, имплантированном методом импульсной имплантации для температуры отжига 950 °С больше, чем в случае обычной имплантации приблизительно в 2 раза, а в случае мышьяка наблюдается противоположная картина. При температуре отжига, равном 1100 °С эффект различия не наблюдается.

5. Исследовано влияние метода имплантации и различных режимов последующего отжига на прогиб пластин кремния. Импульсная имплантация сурьмы в кремний не приводит к существенной деформации пластин.

6. Проведено исследование скорости окисления кремния после импульсной ионной имплантации бора, мышьяка и кремния. Незначительные отличия в скорости окисления кремния, имплантированного различными методами, практически несущественно и не ограничивает применение метода импульсной имплантаций в технологии полупроводников.

7. Исследовано качество эпитаксиальных структур со скрытыми диффузионными слоями, сформированными методом импульсной имплантации. Эпитаксиальный слой, выращенный над скрытым слоем, имплантированном ионами сурьмы импульсной имплантацией практически не имеет дефектов и по качеству не уступает эпитаксиальным структурам со скрытым слоем, сформированным обычным методом имплантации. Плотность дефектов, упаковки и дислокации на исследованных пластинах с учетом дефектов на краях пластин не превышает 3, 2 • 10"3 см'2.

8. Разработана и внедрена в производство технология импульсной ионной имплантации алюминия для формирования базовой области мощных составных транзисторов. Данный технологический процесс предусматривает импульсную имплантацию алюминия с энергией 20 - 60 кэВ и дозой 1-1014 - 31015 см 2 с последующей высокотемпературной разгонкой примеси. Разработанная технология позволяет увеличить выход годных приборов на 5 - 8 %. по сравнению с серийными технологиями за счет стабилизации и воспроизводимости параметров базовой области.

9. Показана возможность использования метода импульсной имплантации для формирования активных областей транзисторных структур биполярных ТТЛШ ИС с окисной изоляцией.

10. Проведены исследования по созданию термостабильных геттерирую-щих слоев методом импульсной имплантации ионов тугоплавких металлов. Определены оптимальные режимы имплантации и последующих высокотемпературных операций, позволяющих значительно снизить число дефектов в рабочих областях приборов и увеличить процент выхода годных.

11. Разработана и внедрена технология управления динамическими параметрами высокочастотных биполярных транзисторов и ИС средней степени интеграции посредством импульсной имплантации золота.

Заключение.

Совершенствование метода ионной имплантации идет как в направлении модернизации старого и разработки нового оборудования, так и расширения области применения. Дополнить возможность метода ионной имплантации может импульсная имплантация с применением установки с лазерным источником ионов, изучению особенностей которой была посвящена данная работа.