Способ повышения стабильности характеристик кремния

Способ повышения стабильности характеристик кремния

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК КРЕМЩЛЯ к термическим и временным факторам, включающий облучение элект роками или «-квантами с энертией О,5- :2О МэВ в сочетании с отжигом, о т « личаюшийся тем, что, с целью ;увеличения степени стабильности харак .тернстик кремния, .облучение провоцят с дозой Ф « 1О в- 1О частиц/см, а отжиг ведут при 740-1О70°К. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю ш R и с я тем, что Ьбпучение и отжигведут одновременно. 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что отжиг проводят после облучения, причем облучение проводят при комнатной температуре, а oiw жигведутпри87О-920Кв течение 1-2.Ч.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5р Н 01 L, 21/263

ЕТЕНИ

Н АОТО РАЙОНУCBWBTBllbCTB V

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБР (21) 2830408/1825 (22) 08.08.79 . (46) 07.10.82. Бюп. Ж 37 (72) В. Il. Ахметов, В. В. Болотов .и Л. С. Смирнов (71) Институт физики полупроводников

Сибирского отделения AH СССР (53) 621.382.002 (088,8)" (54)(57) 1. СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ

СТАБИЛЬНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК

:КРЕМНИЯ к термическим и временным факторам, включаюший облучение элект ронами или у -квантами с энергией 0,5

„„SU„„849928.20 МэВ в сочетании с отжигом, о тl личаюшийся тем,что,сцелью ,увеличения степени стабильности харак,теристик кремния, .облучение проводят с дозой Ф =* 10 "й- 10 частиц/см, а отжиг ведут при 740-1070 К.

2.Способпоп. 1 отличаю

m и и с я тем, что Ьблучение и отжиг ведут одновременно.

З.Способпоп. 1, отличаю ш и и с я тем, что отжиг проводят после облучения, причем облучение про водят цри комнатной температуре, а оьжиг ведут при 870-920 К в течение 1- -1ч..! 8 4992

Изобретение относится к электронике, а именно к технологии получения и обработки полупроводников, стабильных к факторам технологических процессов изготовления и эксплуатации полупровоа» никовых приборов (температуры, давления, резки, шлифовки, полировки, электрических полей, нанесения покрытий и др.).

Известны способы, направленные на получение материала, стабильного к перечисленным выше факторам, состояшив в изменении условий вырашивания, вчастности замедлении скорости вытягивания кристаллов из расплава, либо скорости роста эпитаксиальных пленок.

Однако из-оа большого разнообразия примесей (легируюших и неконтролирув мых) и дефектов, с оаной стороны, и требований необходимого уровня легиро вания, а также производительности про "щ цесса, определяюшей относительно высськую скорость вырашивания, с другой стороны, получаемые кристаллы характврьмэуются высокой степенью неравновесности (В условиях эксплуатации приборов) по 25 концентрациям примесей в данном состоя нии (т.е. наличием пвресышения), наличием неравновесных фаэ и поверхностей.

Таким образом, получаемые кристаллы в дальнейлих процессах производства полупроводниковых приборов имеют воэможность менять свои свойства и вызывать нестабильности характеристик приборов пбц цействием сопутствуюших технологи ческих факторов.

Известен также способ повышения стабильности характеристик кремния к термическим и временным факторам, включаюший облучение электронами или

-квантами с энергией 0,5 - 20 МэВ в сочетании с отжигом. кремния.

Поставленная цель цостигается тем, что в известном способе повышения стабильности характеристик кремния к термическим и временным факторам, включаюшим облучение электронами или з-квантами с энергией 0,5-20 МэВ в сочетании с отжигом, облучение провоцят цоэой Ф=10 -10 частиц/см,. а

10 19 о 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 веаут при 870

920 К в течение 1-2 ч.

Этот способ позволяет отбраковывать материалы с дефектами, обусловленными отклонением от равновесных условий вырашивания полупроводниковых матери

45 алов.

Однако .этим способом нельзя полностью устранить. указанные недостатки.

Поскольку неравновесность получаемых кристаллов s той или иной степени seer, 50 да присутствует, то количество браковатм» ного материала может быть весила эна» чительным. Проблема увеличения выхода гоаных полупроводниковых приборов и сни жение их себестоимости требует раэра- 55 ботки метоцов, направленных на устранение нестабильности материалов (т.е. их неравноввоность после вырашивания).

8 2

Белью изобретения является увеличе- ние степени стабильности характеристик

Вырашенные кристаллы полупровоцни ков соцержат значительное число приме.сей и дефектов не равновесных (по кон ентрациии или положению в решетке) в условиях производства и функционирова ния полупровоцниковых; приборов. Нали» чие этих примесей опрецеляет многие важные для работы полупроводниковых приборов параметры материала, такие как: концентрация свобоцных носителей заряца (п(р)), их подвижность (p), время жизни неравновесных носителей заряда (7), коэффициенты поглошвния света на различных алинах волн и цр.

Значительное содержание углерода (8 4

74 - 10 см 3) определяет эффективность перестроек кислороца в % и вызывает дополнительные реакции в кристалле мат рицы, Учитывая, что концентрации приме» сей 0 и С, а также легируюших примесей (бор, фосфор и др.) в кристаллах кремния превышает предел растворимости в условиях производства и эксплуатации полупроводниковьк приборов, следует . ожидать неконтролируемых изменений их состояний в кристалле, а следовательно, и неконтролируемых изменений пара.метров материала и приборов. В частно сти, изменение концентраций кислорода и углерода приведет z нестабильности параметров ряда полупровоцниковых приборов на основе «рвмния. Так, например, будет меняться чувствительность примесных инфракрасных фотоприемников в области 9 и 16,5мкм,за счет уменьшения коэффициентов поглошвния по мере выпадания кислорода и углерода в фазу. (Поглошвние на 9 и 16,5 мкм прямо пропорционально концентрации растворен ного кислорода и углерода соответствен-. но).

Примеры иллюстрируют возможность вызвать необратимые перестройки примесей облучением кристаллов высокоэнерге тическими частицами и тем самым воспрепя тствовать самопроизвольной их .перестройке при создании и эксплуатации полупроводниковых приборов.

Технико-экономические преимушества.

Предлагаемый способ облацает универ.сальностью, т.е. воэможностью возцействовать на исходную неравновесность кристалла любой природы, контролируе» мостью, высокой эффективностью. Реа. лизация способа возможна на разных стадиях обработки материала: на слитке, пластине, пластине после циффузии при меси и др. Слецствием реализации способа является улучшение параметров полупроводниковых материалов, повышение стабильности их характеристик при воэ действии технологических и других факторов (например, температуры, времени хранения), увеличение выхода гоцного материала и снижение себестоимости как ,самих материалов, так и приборов на ,их основе. г

Из полученных результатов следует, что коэффициент поглощения после об10 работки по предлагаемому способу не изменяется под влиянием последующей обработки в пределах точности измере ний (3 5%).

1. Прогрев при 740780 К в течение 27 ч

2. Облучение

Ф=З-10 " см, Тобл =740780 К, Е 16МэВ времени и с температурой

go температур

870-970 К

10»15 (по отношению; к исходному) 60 (по отношению к исходному) 3. Прогрев при

770 К кристаллов, обработанных coI ласно примеру 2 ю

0,0 (по отношению, (по отношению к величийе в п.2) к величине в п. 2) 3 8 499

Состояние кристалла можно приблизить к более равновесному путем стимулиро вания замороженных при выращивании

; реакций с помощью либо облучения элек1 роками с энергией 0,5 - 20 МэВ и у

: квантами с последующим высокотемпературным отжигом (970 К для кремния, цлительность отжига при этом составля» ет 1-2 ч и определяется скоростью отжига и Выходом процесса íà cTBGHoHap)> либо облучением сразу при повышенной температуре. При облучении идет эффективное взаимодействие простейших де фектов (вакансий и междоузлий) с примесями, растворенными в кристалле, грани- 15 цами pasadena. Значительную суммирующую роль при этом играет мощная ионизация при облучении. В результате происходят перестройки примесей, ".декорирование границ и кристаллы по многим парамет- 20 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 g5 изготовляемых на его основе полупроводниковых приборов. Неравновесные дефекты, также возникающие при облучении, могут быть удалены термическим отжигом. Число их можно ограничить, применяя высокотемпературное облучение.

Пример ы., Использовался кремний и «тица, легированный фосфором марки КЭФ-10, коэффициенты поглощения света при комнатной температуре 2

35 и 3 см- для кислорода и углероца соответственно (это цает концентрацию кислороца 10 "а см >, углерода - 2,8 х х 10 " см >). Облучение велось электро нами с энергией 1,1»1,6 МэВ.

28 4

Коэффициенты поглощения и соответ ствующие концентрации кислоропа в междоузельном положении и углероца в эамешаюшем опрецелялись методом ИК поглощения на цлинах волн 9,1 и

16,5 мкм соответственно.

849928

Продолжение таблипы

1 Х Э

50 До темпе ур (к исходному) выше 1070 К

80 (к исходному) 50 (К исходному) До температур выше 1070 К

70 (к исходному) 20 halo температур (к исходному) более 970 К

10-15 (к исходному) Составитель Ю. Кондратьев

Редактор М. Кузнецова Техред М.Надь Корректор В, ярняк Заказ 6268/1, Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

4. Облучение

Ф=10 " см, Тороп =920-970еКе

Е=1,6 МэВ

5. Прогрев при 770 К кристаллов, обработанных согласно. примеру 4

6. Облучение

Ф=10 "9 см"2, T ë 1070 К

Е=1,6 МэВ

7. Прогрев при

770 K кристал лов, обработанных согласно примеру 6

8. Облучение при комнатной температуре Ф=2 х

<10 "8 см 2, E=3.,1 МэВ и отжиг при 870 К

1 ч

9. Прогрев при

770оК кристаллов, обработанных согласно примеру 8

0 (по отношению, к величине в п. 4) 0 (по отношению к величине в п, 6).

0 (по отношению к величине в примере 8) 0 (по отношению к величине и п. 4) 0 (по отношению к величине вп. 6) 0 (по отношению к величине в примере 8)