WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

боте [30] наблюдали гомогенизацию состава AlxGa1-xAs Следует заметить, что в экспериментальных работах в приповерхностной области на глубину до 0.2 мкм для Zn, введенного другими методами, были получепосле диффузии Zn. Эффект проявлялся в спектрах ны различные значения Q = 0.3-0.4эВ [34,35] и комбинационного рассеяния света (КРС) этих слоев до Q = 1.3-1.6эВ [20,36,37].

и после диффузии Zn. Спектры КРС представлены на Кроме разной степени активации при изменении соотрис. 3. До диффузии (кривая 1) на спектрах наблюношения между NZn и LZn наблюдается изменение вида дались четыре полосы, соответствующие LO-фононам профиля распределения Zn. На рис. 4 представлены при 273 см-1, 284 см-1 (фононы типа GaAs), а такВИМС профили распределения атомов Zn в InP после же при 370 см-1 и 381 см-1 (фононы типа AlAs), которые указывали на наличие в приповерхностной области образца двух слоев с различным содержанием Al (x = 0.2 и x = 0.4). После диффузии Zn на спектрах наблюдались только два пика (263 см-и 360 см-1), соответствующие сильно легированному (p 1020 см-3) Al0.2Ga0.8As. Наличие на спектре КРС слабого плеча при 295 см-1 показало, что сформировался приповерхностный слой с низким содержанием (x 0.1) AlAs.

Исследования спектров КРС на разных участках пластины показали, что до диффузии неоднородность по содержанию Al в приповерхностной области твердого раствора на площади пластины 30 30 мм2 достигала 200%. После диффузии отклонения по составу Al на тех же пластинах не превышали 15–20%. Кроме гомогенизации по составу наблюдалось уменьшение содержания Al в приповерхностной области на глубину до 0.1-0.2мкм.

Для всех исследованных составов после диффузии удалось получить концентрацию дырок в приповерхностном слое от 2 · 1019 до 1020 см-3, при этом глубина залегания Рис. 4. ВИМС профили распределения цинка в InP после p-n-перехода для x = 0.05 и 0.2 была почти на порядок диффузии при 500C в течение 30 мин. Концентрация Zn в ниже, чем для AlxGa1-xAs с x = 0.5. источнике, %: 1 —1, 2 — 20.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Диффузия легирующих примесей из полимерных диффузантов и применение этого метода... диффузии при температуре 500C в течение 30 мин для двух концентраций Zn в источнике (1 и 20%). Профиль, представленный кривой 1, соответствует соотношению NZn < LZn (1% Zn), и его вид хорошо известен по многочисленным публикациям (см., например, [20]). Такой вид профиля распределения Zn можно назвать типичным для диффузии Zn в соединения AIIIBV. Аномальный вид профиля распределения атомов Zn при NZn > LZn (20% Zn, кривая 2) также наблюдался рядом исследователей [38] и связывался ими с интенсивным дефектообразованием в диффузионной области.

Таким образом, результаты исследования диффузии Zn в n0-InP и i-InP из полимерных пленочных диффузантов в стационарном режиме хорошо согласуются с данными авторов, использующих другие методы диффузии. Однако в первом случае результаты получены более про- Рис. 5. ВИМС профили распределения Zn в InP после стым методом — в открытой системе без поддержания начальной стадии диффузии до температуры 450C (1) и после стационарной диффузии при 450C в течение 30 мин (2).

давления паров летучей компоненты соединения AIIIBV.

Кроме того, важной особенностью метода является возможность полной активации введенного Zn без последующего отжига, что не всегда удается осуществить глубину, чем диффузионный фронт. Сравнительные исдругими методами.

следования распределения дислокаций и микродефектов Проведение процесса диффузии в открытой системе, по глубине диффузионных слоев после разных стадий без поддержания давления паров летучей компоненты диффузионного процесса позволили выяснить поведение соединения AIIIBV, дает возможность легко исследовать неравновесных собственных дефектов [23] и показали, разные стадии диффузионного процесса при одинаковых что процессы дефектообразования и диффузии развиусловиях, что не всегда возможно другими методами.

ваются очень динамично во времени, и эта динамика Эти исследования представляют интерес с точки зрения по сути дела не исследована и не учитывается при изучения дефектообразования, выяснения поведения нетеоретическом анализе процесса диффузии легирующих равновесных собственных дефектов и их взаимодействия примесей.

с легирующими примесями и понимания механизма диффузии.

Результаты такого рода, полученные для InP, приведе2.2. Новые возможности рассматриваемого ны в работах [19,23,39]. Эти исследования [23] выявиметода в кремниевой технологии ли ряд интересных особенностей начальной, наиболее неравновесной и малоизученной стадии диффузионного В последнее десятилетие были выяснены такие возпроцесса.

можности метода диффузии из полимерных диффузан– На начальной стадии диффузии (НСД) обна- тов, как формирование сверхмелких диффузионных слоружена аномально быстрая диффузия атомов Zn с ев, управление временем жизни носителей заряда, а такDeff 10-8 см2/с при температуре 375C, что на 2–4 по- же эффективность его применения в научных исследоварядка выше Deff для стационарного процесса диффузии.

ниях. В частности, применение полимерных диффузантов – Низкая, ниже 50%, степень активации введенного позволило провести прямые исследования влияния серы цинка.

на параметры высоковольтных приборов.

– Вид профиля распределения Zn после НСД при температурах ниже 500C заметно отличается от профиля 2.2.1. Формирование сверхмелких диффузионпосле стационарной диффузии (рис. 5, кривые 1 и 2).

ных слоев. Хорошо известно, что традиционные меНаибольшие отклонения наблюдаются при NZn > LZn.

тоды диффузии не обеспечивают воспроизводимого по– Вид профиля распределения Zn в полуизолирующем лучения мелких (менее 100 нм) легированных и слабо i-InP, полученного после НСД, аналогичен профилям, легированных (менее 1018 см-3) областей в Si, что и полученным после стационарной диффузии, т. е. предстаявилось причиной перехода от диффузионной техноловляет собой участок плато, заключенный между двумя гии к ионной имплантации при производстве кремниевых различными диффузионными фронтами [40].

МОП структур в интегральных схемах.

– Процесс НСД сопровождается генерацией большого числа микродефектов [23,39]. Наиболее сильное дефек- Исследования, результаты которых приведены в работообразование происходит при NZn > LZn. При этом те [4], показали, что применение полимерных диффуобласть, в которой наблюдается генерация дефектов, зантов в качестве источника легирующей примеси дает распространяется в объем полупроводника на большую весьма обнадеживающие результаты. Путем изменения Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 262 Е.Г. Гук, А.В. Каманин, Н.М. Шмидт, В.Б. Шуман, Т.А. Юрре когда высокотемпературные термообработки проводятся на воздухе. Лучшие результаты (p, n = 150 300 мкс) близки к величинам, имевшимся в исходных монокристаллах.

Для получения материала с малым временем жизни ННЗ при традиционном способе создания мощных высокочастотных диодов обычно вначале формируют кремниевую структуру с p-n-переходами, а затем при более низкой температуре (800-900C) вводят атомы Au либо Pt, чтобы создать необходимую концентрацию центров рекомбинации в базе. Разработка полимерных источников диффузии, включающих в свой состав элементоорганическое соединение золота, дала возможность впервые предложить способ диффузии глубоких примесей из ограниченного источника. В результате получена высокая однородность концентрации золота в объеме пластины — профиль распределения концентрации NAu не имел U-образного характера. Послойное измерение концентрации золота показало, что разброс NAu не превышал 5% как по толщине пластины, так и Рис. 6. ВИМС профили распределения бора в Si после по ее площади. Этот метод позволял получать воспродиффузии при условиях: 1 — 900C, 10 мин; 2 — 1000C, изводимые результаты независимо от истории образца;

10 мин.

плотность дислокаций и концентрация мелкой примеси практически не влияли на результаты. Удалось получить величину NAu в пределах 1013-1015 см-3 с хорошей восконцентрации легирующей примеси в полимерном дифпроизводимостью результатов и проводить этот процесс фузанте можно воспроизводимо изменять концентрацию при высоких температурах (900-1200C), характерных примеси в приповерхностной области от 5 · 1017 до для диффузии мелких примесей [2].

1021 см-3, а выбором температурно-временного режима Вработе [47] исследовалась возможность совместной добиваться полной активации введенной примеси и полудиффузии бора и платины. Работа проводилась на поличения легированных областей с размером менее 100 нм.

рованных и шлифованных пластинах n-Si с 0 = 5Ом·см.

На рис. 6 приведен ВИМС профиль распределения бора.

После формирования пленки полимерного диффузанта проводилась его деструкция при 450Cв течение 30 мин и диффузия на воздухе в заданном режиме.

2.2.2. Управление временем жизни неосновных Концентрация и однородность распределения Pt оценосителей заряда (ННЗ). Перед разработчиками нивались по величине и однородности величины p в полупроводниковых приборов стоят разные задачи: для базе диодных структур. При прочих равных условиях быстродействующих приборов предпочтителен материал (например, при диффузии в течение часа при 1200C) с малым временем жизни ННЗ, а для высоковольтных величина p в пластинах с шлифованной поверхностью в диодов и солнечных батарей — материал с высоким 3–4 раза ниже, чем в полированных. Из-за нестабильновременем жизни ННЗ. Использование полимерных дифсти твердого раствора Pt–Si скорость охлаждения после фузантов в технологии позволяет решать эти полярные диффузии также влияет на ее результаты. Так, например, задачи, управляя временем жизни в материале активохлаждение до 800C со скоростью 1C/мин повышает ной области прибора. Обычно для достижения высокого величину p в несколько раз. Поэтому в основном привремени жизни в ходе высокотемпературных термообработок используют методы, предотвращающие проникновение нежелательных примесей и дефектов Шоттки с поверхности пластины в объем [42,43], или методы, позволяющие удалить нежелательные примеси из объема как геттерированием жидкой фазой [44], так и геттерированием с последующим длительным отжигом в том интервале температур, в котором растворимость центров рекомбинации мала, а коэффициенты диффузии велики (700-900C) [45]. В работе [46] показано, что использование полимерных источников диффузии позволяет получить большие времена жизни дырок и электронов Рис. 7. Зависимость времени жизни дырок от времени (p, n) в кремниевых pin-структурах даже в условиях, совместной диффузии платины и бора.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Диффузия легирующих примесей из полимерных диффузантов и применение этого метода... менялась воздушная закалка — охлаждение пластин до щади пластины < 5%. Концентрация серы практически комнатной температуры за несколько секунд. При увели- не зависела от скорости охлаждения, от концентрации чении времени диффузии величина p убывает (рис. 7). дислокаций (в пределах 0-2 · 104 см-2), а также от типа Рост концентрации Pt с увеличением времени диффузии проводимости и 0. При прочих равных условиях, на может указывать на механизм диффузии, ограниченный концентрацию S влияла обработка поверхности исходпритоком вакансий, диффундирующих с поверхности и ных пластин: в шлифованном кремнии она примерно образующихся в объеме материала. Этот механизм был на порядок выше, чем в травленном. Это свидетельобнаружен ранее при диффузии золота в кремний [48]. ствует о том, что захват серы поверхностью кремния Судя по полученным минимальным величинам p, а происходит только на начальном этапе термообработки также по степени компенсации удельного сопротивления (как и в случае диффузии Al в окисляющей атмосфере), базы, в работе [47] предельная растворимость платины т. е. можно считать, что имела место диффузия S из ( 1016 см-3) не достигалась. Увеличение температуры ограниченного источника. Сера сравнительно свободно диффузии от 1100 до 1200C заметно повышает од- проникает через p+-слой, тогда как n+-слой задерживает нородность и воспроизводимость результатов, а также серу. Геттерирование введенной в кремний серы путем концентрацию платины. последующей диффузии фосфора малоэффективно. Так, Эксперименты в работе [47] были проведены с ис- после 4-часовой диффузии фосфора при 1230C конточниками, содержащими как избыток Pt, так и низкую центрация S в пластине толщиной 0.35 мм снизилась ее концентрацию, что обеспечивало диффузию как из всего в 3 раза. В то же время длительный отжиг при неограниченного, так и из ограниченного источника и 800C пластин с введенной серой незначительно снижал управление величиной времени жизни от 10 нс до 10 мкс. ее концентрацию. В последнем случае геттерирование за счет распада твердого раствора шло медленно, поскольку коэффициент диффузии серы при 800C слиш2.2.3. Влияние серы на параметры высоковольтком мал (< 10-10 см2 · с-1). Пробивные напряжения ных приборов. Известно, что введение серы в крем(Ubr) диодных структур после введения серы снижались ний любым традиционным методом, например, в заи соответствовали величине удельного сопротивления паянной ампуле [49], неизбежно вызывает эрозию его базы. Следует заметить, что низкая эффективность гетповерхности. Это обстоятельство не позволяло провести терирования серы является положительным фактом в прямые исследования влияния серы на параметры послучае целенаправленного введения этого элемента в лупроводниковых приборов. Как известно, сера создает кремний при изготовлении приборов. Однако из этого в кремнии донорные уровни с энергиями Ed = 0.18 и же факта следует, что необходимо тщательно избегать 0.37 эВ и имеет коэффициент диффузии, превосходящий присутствия даже следов серы в технологической цепочна 3 порядка коэффициент диффузии Al [49]. Исследоке изготовления высоковольтных приборов, поскольку вания по диффузии серы в кремниевые высоковольтные именно сера может быть одной из причин снижения проструктуры из полимерных диффузантов проведены в бивных напряжений Si-приборов, а также термической работе [50]. Использование полимерного источника дифнестабильности Si [50].

Pages:     | 1 || 3 | 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.