Способ создания в кремнии слоев @ -типа проводимости

Способ создания в кремнии слоев @ -типа проводимости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Способ создания в кремнии слоев П-типа проводимости, включающий бомь'» бардировку протонами исходного крем,- ния и последую[ций отжиг, отличающийся 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 температура подложки поддерживается не _выше 50°С, а отжиг проводят при темперас•1СЛ-^ллП•-I—^---.^,1-д. ii^jri j-cmiieuct —; турах 150-300° в течение 5-40 мин.^

с 3 1„Р 79k, (;1(, ;т М / !

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 01 1, 21 263

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2467255/18-25 (22) 29.03.77 (46) 15.02.84. Бюл. )) 6 (72) Ю.В.Горелкинский, В.А.Ботвин, В.О.Сигле, Н.Н.Невинный и В.Н.Чеканов (71) Институт физики высоких энергий AH Казахской CCP (53) 621.382.002(088.8) (56) 1. Грегори В.Л. и Зиндер Х.Х.

Нестационарный отжиг дефектов в облу .ченных кремниевых приборах. ТИИЭР, 58, 9 99,, 11007700, с.34.

2. Ohmura Y . .et all. Sha1 1 ov

nor format ion in Si produc ed by

prawn Phys. Status(a) 15, 9 1,1973, рр.93-98. (54) (ПОСОБ СОЗДАНИЯ В КРЕМНИИ СЛОЕВ

-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ. (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 шийся 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 cM, при этом температура

-3 подложки поддерживается не выше о

50 С, а отжиг проводят при темпера. турах 150-300 о в течение 5-40 мин.

649270

Изобретение относится к области физики и техники полупроводников, а именно к технологии получения полупроводниковых материалов и приборов .

Существенным недостатком полупроводникового материалов, в том числе и кремния, является их чувствительность к действию радиации.

Воздействие ядерного излучения приводит к образованию в полупроводниковом материале радиационных дефектов, которые имеют глубокие уровни в запрещенной зоне полупроводника что приводит к удалению электронов в и -кремнии из зоны проводимости и деградации материала f1 .

Известен способ получения кремния

П-типа с повыаенной стойкостью к действию радиации путем легирования кремния литием. Литий, введенный в 20 кремний путем диффузии, образует мелкий донорный уровень Е-33. ИэВ.

Однако этот способ из-за в-IcoKGA подвижности лития в кристаллической решетке кремния при Т л 200 0 практи- 25 чески не может быть использован для создания тонких слоев П -типа с заданным профилем и на различной глубине.

Известен способ создания в крем- 30 ии слоев Ч -типа проводимости, вклюающий бомбардировку протонами исходного кремния и последующий отжиг Я.

В этом способе используются протоны с энергией 60-300 кэВ с последующим отжигом кремния при температурах выше 300 0 . В этом способе не удается получить пространственно устойчивый слой, поскольку доноры образуются практически вдоль всего пробега протонов в кремнии.

Цель изобретения — увеличение радиационной стойкости полученных слоев и обеспечение их пространственной устойчивости при различных температурах.

Это достигается тем, что бомбардировку проводят с энергиями не ниже 500 кэВ до концентраций в слое

10 8 - 10 см 3, при этом температура подложки должна быть не.выше

50 .С, а отжиг проводят при температурах 150-300 C в течение 5-40 мин.

Как показывают измерения, скорость введения мелких водородных доноров существенно выше (в 10-25 раз), ес- 55 ли энергия протонов выше 500-800 кэВ и составляет около 0,1 донора на протон, Увеличение энергии протонов выше нескольких мегаэлектронвольт приводит к дальнейшему росту скорос- 60 ти введения доноров. Поэтому энергия протонов должна быть по крайней мере выше 500 кэВ. Глубина залегания слоя определяется пробегом протоков в кремнии. Гсли однако, необходимо

cñçäàòü слой на глубине меньше,чем пробег используемых протонов, то это достигается путем изменения угла падения пучка протонов и плоскости подложки в соответствии с формулой

",in ф, где

Испытание радиационной стойкости проводят на кремнии с проводимостью

5=40 Ом см, который получают путем внедрения "- 10 cM протонов с максимальной энергией 6 МэВ с последующим отжигом при 250 С в течение 20 мин. Исходным материалом служит кремний Р -типа с проводимостью

60-10 Ом.см, после отжига при 450 0 он инвертируется в И -тип. глубина залегания слоя; пробег протонов в кремнии; угол между направлением пучка протонов и плоскостью подложки, 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, происхо р т лишь при температуре подложки . 70-50 С . Проведенные измерения показали, что повышение температуры подложки при облучении до 150 С приводит к уменьшению скорости введения мелких доноров примерно в 10 раз, а при

Т л 250-300" C они практически не образуются. Поэтому температура подложки при формировании слоев и -типа протонным облучением,олжна 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 - 10 — 10 см 3 обеспечивает

i 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.

Для формирования слоя и -типа необходим отжиг кремния при температуре 150-300 C. 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 n 400 С, не превышает распределения внедренных протонов. б49270

Редактор Л.Письман Техред Т.Маточка

КорректоР О.тигор

Заказ 1111/4 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

В качестве контрольных образцов используют кристаллы И вЂ” и -типа

К9<9-5 и K A 5-4.

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 (950 м см) кремнием р -типа и составляет л 5»

<10 + ??>

Учитывая, что протоны больших энергий эффективно создают дефекты, характерные для облучения быстрыми электронами и нейтронами, следует ожидать, что радиационная стойкость 2О 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 -1502000С

Благодаря возможности создания глубоких слоев и -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 P .И-переходов.