Спосіб створення р-n переходів у кремнії

Способ создания р - п переходов в кремнии, включающий введение примеси с планарной стороны пластины и диффузионную разгонку примеси импульсным некогерентным излучениэм с длиной волны из области собственного поглощения кремния в течение времени, необходимого для получения р - n перехода заданной глубины залегания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что разгонку осуществляют облучением пластины с непланарной стороны излучением с плотностью мощности не менее 20 Вт/см 2 при температуре подложки не более 400 К. низкая точность и воспроизводимость параметров (глубины р-n перехода и поверхностного сопротивления). При этом возможно коробление пластин и возникновение макро- и микронапряжений. Задачей настоящего изобретения является повышение выхода годных пластин за счет улучшения качества поверхности обрабатываемых полупроводниковых подложек. Задача решается тем, что в способе создания р - n переходов в кремнии методом фотостимулированной диффузии, включающем введение примеси с планарной стороны пластины и диффузионную разгонку примеси импульсным некогерентным излучением с длиной волны из области собственного поглощения кремния, в течение времени, необходимого для получения р - n перехода заданной глубины залегания, разгонку осуществляют облучением пластины с обратной (непланарной) стороны излучением с плотностью мощности не менее 20 Вт/см при температуре не более 400 К. С > сл о о о 15690 Проведенные в рамкахтепловой модели расчеты температурных полей, возникающих з полупроводниках во время импульсного фотонного отжига, показали, что путем соответствующего выбора длительности импульса, плотности мощности импульса светового излучения с учетом охлаждения образца проточным газом можно обеспечить нагрев подложки до заданной температуры. При таких условиях облучения в исследуемых образцах кремния достигалась практически равномерная по объему температура. Необходимо отметить, что расчетное и экспериментальное значения температуры образцов имели незначительное расхождение. Предлагаемый способ имеет ряд неоспоримых преимуществ. Это прежде всего возможность получения р - n переходов при низких (менее 400 К) температурах и обработки полупроводниковых пластин с непланэрной стороны. В заявляемом способе время разгонки, необходимое для получения заданной глубины залегания р - n перехода "Xjp". можно рассчитать из соотношения для распределения концентрации примеси по глубине диффузионного слоя: Tp-Z/Dp, (1) где Z=DpTp - параметр процесса разгонки. (2) где Nb ~ исходная концентрация примеси ь полупроводниковой пластине, Нор - концентрация вводимой примеси на поверхности р-n перехода после процесса разгонки. Nop- (3) где Q - количество примеси в полупроводник на стадии загонки. (4) где Ns - предельная растворимость вводимой примеси при температуро загонки Тз (при ионной имплантации Q - доза облучения). При воздействии света происходит изменение квантового состояния связывающих электронов \л образование в результате знтисвязывагащих частиц (электронов и дырок) установлено, что рост числа аитисвязывающих квазичастиц приводит к умень 4 шению энергии связи и ее изотропизации. При достижении критической концентрации антисвяэывающих частиц твердое тело по свойствам приближается к жидкости и коэф5 фициент диффузии возрастает. Вблизи температуры плавления распределение плотности антисвязывающих электронов таково, что заполняется весь объем кристалла, т.е. она распределена по всему 10 объему. При такой концентрации локальные действия носителей заряда сменяются коллективными, в результате чего уменьшается связь между атомами одновременно, а но только между отдельными атомами. Кри15 сталлическая решетка полупроводника ста*» новится механически нестабильной. Этот процесс происходит при достижении критической концентрации антисвязыоающих электронов (для кремния Г\!кр~6Е25), т.е. при 20 N>Nicp. При этом следует отметить, что критическая концентрация - это постоянная величина для данного полупроводника и, следовательно, от способа генерирования атисвязывающих электронов не зависит. 25 Таким образом, изменения квантового состояния связывающих электронов могут быть достигнуты теплом, фотонным воздействием и инжекцией носителей. В заявляемом способе улучшение ка30 чества поверхности полупроводниковой пластины достигается облучением с нспланарной стороны. При этом исключается воздействие сформированной на пластино структуры (рельеф, диэлектрические пленки, 35 металлическая разоодка и др.) на равномерность облучения, уменьшается возможность возникновения дефектов интегральных схем. П р и м е р 1. В качестве исходного 40 полупроводникового материала использовались пластины кремния n-типа проводимости КЭФ-4. На поверхности пластины методом термического оксидирования пыращивался оксидный слой S1O2 толщиной 45 0,5 мкм. С помощью процессов фотолитографии и последующего травления SI02 получены "окна" в окисле под диффузию примеси. Затем на пластине создавался источник диффузапта (проводилась термиче50 екая диффузия бора в кремнии из твердых источников - пиролитического нитрида бора при вертикальном расположении полупроводниковых пластин), температура загонки Тэ-1323 К, время загонки - 15 мин. 55 В результате получены диффузионные слои с удельным поверхностным сопротивлением 20 Ом/# и глубиной залегания р-п перехода 0,47 мкм. Концентрация примеси на поверхности после загонки N$'1,66 E2G МЗ, что соответствует предельной раствори 15690 Время, необходимое для получения р-п перехода на глубине 1,5 мкм, рассчитывалось по формуле (1) и составляло тр«135,67°С. Приведенные экспериментальные дан5 ные показали возможность проведения диффузионной разгонки примеси при температуре Тв400 К и хорошее совпадение с расчетными данными. Из полученных результатов, приведен10 ных в табл.1 и 2, видно, что при одном и том же суммарном времени облучения пластин получены р-п переходы с одной (в пределах погрешности метода) глубиной залегания (1,18 и 1,22; 1,36 и 1,30). 15 Из вышеуказанного видно, что диффузионная разгонка примеси осуществляется при достижении мощности в импульсе больше 20 Вт/см2, необходимой для достижения критической концентрации антисвязывающих 20 частиц. Осуществить разгонку примеси при 400 К известными способами не представляется возможным. Такие результаты практически недостижимы и при использовании П р и м е р 2. В качестве исходного в течение указанного в табл.1 и 2 времени полупроводникового материала использовались пластины кремния р-типа проводи- 25 при высокотемпературной разгонке. Технико-экономическая эффективность мости марки КДБ-10. На поверхности предлагаемого способа по сравнению с супластины методом термического оксидирования выращивался оксидный слой SIO2 ществующими состоит в следующем: толщиной 0,5 мкм. С помощью процессов - формирование р-п переходов спософотолитографии и последующего травления 30 бом-прототипом приводит к тому, что при SiO2 получены "окна" в окисле под диффузию высокотемпературных процессах разгонки примеси. Затем проводилась загонка при- примеси ухудшается качество поверхности; меси (Р) из параллельных источников при низкотемпературная разгонка позволяет вертикальном расположении полупровод- • получить высокое качество поверхности ин-35 пиковых пластин при Т=1298 К и гз=*15 мин. тегральных структур и, следовательно, увеВ результате получены диффузионные слои личить процент выхода годных; с удельным поверхностным сопротивлени- использование процесса импульсной ем 16 Ом/# и глубиной залегания р-п перефотонной обработки приводит к сокращению хода Хг1 мкм. После извлечения из печи длительности процесса изготовления р-п пластина располагалась в установке импуль- 40 переходов и уменьшению затрачиваемой сного фотонного отжига и обрабатывалась, электрической мощности, необходимой как в примере 1, по режимам, приведенным для проведения процесса получения р-п пев табл.2. реходов с заданной глубиной залегания. мости бора в кремнии при Тт1323 К. После извлечения пластины из печи и удаления стеклообразного слоя примеси пластина располагалась в установке импульсного фотонного отжига. Облучение пластины производилось с непланарной (обратной) стороны импульсами галогенного источника мощностью 19 кВт, площадью равномерного облучения 100 см2, расположенного на расстоянии 3,5 см от пластины. Плотность мощности в импульсе при этом составляла 20 Вт/см . Процесс отработки проводился при использовании охлаждения образца проточным газом. Импульсная фотонная обработка проводилась в двух режимах, приведенных в табл.1. Коэффициент диффузии бора в кремнии при Т=400 К составляет D-3J5 Е(-16)м2/С. Время, необходимое для получения р-п перехода на глубине 1,5 мкм, рассчитывалось по формуле (1) и составпяпо tp-242,3 с. Таблица 1 Параметры процесса Данные Режим 1 Суммарное время облучения tp, с Д л и тел ь но с т ь им пу л ьса г и, с К о л и ч е с т в о и м п у л ьс о в 1 М И , с Время между импульсами , т., мин Глубина залегания р-п перехода Хі, мкм Режим 2 222 3,9 57 1 1,18 220 5,0 44 1 1,22 15690 Таблица 2 Параметры процесса Данные Режим 1 Суммарное время облучения Длительность импульса Количество импульсов В р ем я м е ж д у и м п у л ь с а м и Глубина залегания р~п перехода Упорядник Замовлення 4196 tp, с ти, с NM, с t, мин Хі, мкм Техред М.Моргентал Режим 2 136 3,9 35 1 1,36 135 5,0 27 1 1,30 Коректор О. Обручар Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101