RU2368703C2

RU2368703C2 - Method of laser annealing silicon substrate, containing implanted layers

Info

Publication number: RU2368703C2
Application number: RU2007106832/02A
Authority: RU
Inventors: Тагир Абдурашидович Исмаилов (RU); Тагир Абдурашидович Исмаилов; Бийке Алиевна Шангереева (RU); Бийке Алиевна Шангереева; Айшат Расуловна Шахмаева (RU); Айшат Расуловна Шахмаева
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2009-09-27
Also published as: RU2007106832A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to complete activation of donors and acceptors under the condition for complete elimination of residual defects. A silicon substrate is laser annealed, where the silicon substrate contains amorphous layers of thickness 100 nm implanted with impurities in a hydrogen plasma medium at temperature of the silicon substrate of 600 K, or 640 K, or 645 K, or 650 K, or 655 K.

EFFECT: reduced formation of point defects in silicon substrates.

5 ex

Description

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности к полной активации доноров и акцепторов при условии полного устранения остаточных дефектов.The invention relates to the manufacturing technology of semiconductor devices, in particular to the complete activation of donors and acceptors, subject to the complete elimination of residual defects.

Известны способы влияния температуры отжига на увеличение содержания свободных носителей заряда и уменьшение разупорядоченности кристаллической структуры кремниевой подложки при ионной имплантации бора и фосфора. Существует несколько видов отжига: изохронный, изотермический и лазерный [1].Known methods for the influence of annealing temperature on increasing the content of free charge carriers and reducing the disorder of the crystal structure of a silicon substrate during ion implantation of boron and phosphorus. There are several types of annealing: isochronous, isothermal, and laser [1].

Недостатком этих способов отжига является высокие температуры и образование точечных дефектов.The disadvantage of these annealing methods is high temperatures and the formation of point defects.

Целью изобретения является проведение процесса при низких температурах и уменьшение образования точечных дефектов.The aim of the invention is to conduct the process at low temperatures and to reduce the formation of point defects.

Поставленная цель достигается путем проведения технологического процесса в среде водородной плазмы, в результате которой на кремниевых подложках получают имплантированные слои. Имплантированные слои могут быть подвергнуты лазерному отжигу с плотностью энергии в диапазоне 100 Дж/см². Этот способ имеет ряд преимуществ по сравнению с термической обработкой. Вследствие короткого времени нагрева имплантированные слои могут быть термически обработаны без заметной диффузии имплантированной примеси. Имплантированные аморфные слои толщиной 100 нм перекристаллизуются в течение нескольких секунд при температуре 1073 К по механизму твердофазной эпитаксии.This goal is achieved by conducting a process in a hydrogen plasma environment, as a result of which implanted layers are obtained on silicon substrates. The implanted layers can be laser annealed with an energy density in the range of 100 J / cm ² . This method has several advantages compared to heat treatment. Due to the short heating time, the implanted layers can be thermally treated without noticeable diffusion of the implanted impurity. The implanted amorphous layers with a thickness of 100 nm recrystallize for several seconds at a temperature of 1073 K by the mechanism of solid-phase epitaxy.

Сущность способа заключается в том, что лазерный отжиг проводят на кремниевой подложке с имплантированным слоем в среде водородной плазмы. Процесс ведут при следующих режимах: температура подогрева кремниевых подложек 600 К, ток ионного пучка 2 mA, энергия ионов 70±5 кЭв.The essence of the method lies in the fact that laser annealing is carried out on a silicon substrate with an implanted layer in a hydrogen plasma environment. The process is carried out under the following conditions: the temperature of the heating of silicon substrates is 600 K, the ion beam current is 2 mA, and the ion energy is 70 ± 5 kev.

Сущность изобретения подтверждается следующими примерами.The invention is confirmed by the following examples.

ПРИМЕР 1. Процесс проводят на установке типа «Везувий-8». Кремниевую подложку с имплантированным слоем предварительно подогревают при температуре 600К. Ток ионного пучка равен 2 mA, диапазон энергии ионов - 60±5 кЭв в среде водородной плазмы.EXAMPLE 1. The process is carried out on the installation of the type "Vesuvius-8". The silicon substrate with the implanted layer is preheated at a temperature of 600K. The ion beam current is 2 mA, the ion energy range is 60 ± 5 kV in a hydrogen plasma medium.

ПРИМЕР 2. Процесс проводят на установке типа «Везувий-8». Кремниевую подложку с имплантированным слоем предварительно подогревают при температуре 640К, ток ионного пучка равен 2 mA и диапазон энергии ионов равен 65±5 кЭв в среде водородной плазмы.EXAMPLE 2. The process is carried out on the installation of the type "Vesuvius-8". The silicon substrate with the implanted layer is preheated at a temperature of 640 K, the ion beam current is 2 mA and the ion energy range is 65 ± 5 kev in a hydrogen plasma medium.

ПРИМЕР 3. Процесс проводят на установке типа «Везувий -8». Кремниевую подложку с имплантированным слоем предварительно подогревают при температуре 645 К, ток ионного пучка 2 mA и диапазон энергии ионов 70±5 кЭв в среде водородной плазмы.EXAMPLE 3. The process is carried out on the installation of the type "Vesuvius -8". The silicon substrate with the implanted layer is preheated at a temperature of 645 K, the ion beam current is 2 mA and the ion energy range is 70 ± 5 kev in a hydrogen plasma medium.

ПРИМЕР 4. Процесс проводят на установке типа «Везувий-8». Кремниевую подложку с имплантированным слоем предварительно подогревают при температуре 650 К, ток ионного пучка 2 mA и диапазон энергии ионов 70±5 кЭв в среде водородной плазмы.EXAMPLE 4. The process is carried out on the installation of the type "Vesuvius-8". The silicon substrate with the implanted layer is preheated at a temperature of 650 K, the ion beam current is 2 mA, and the ion energy range is 70 ± 5 kev in a hydrogen plasma medium.

ПРИМЕР 5. Процесс проводят на установке типа «Везувий-8». Кремниевую подложку с имплантированным слоем предварительно подогревают при температуре 655 К, ток ионного пучка 2 mA и диапазон энергии ионов 70±5 кЭв в среде водородной плазмы.EXAMPLE 5. The process is carried out on the installation of the type "Vesuvius-8". The silicon substrate with the implanted layer is preheated at a temperature of 655 K, an ion beam current of 2 mA and an ion energy range of 70 ± 5 kV in a hydrogen plasma medium.

Значительным преимуществом способа лазерного отжига кремниевой подложки является то, что после расплавления и кристаллизации аморфных слоев по методу жидкофазной эпитаксии в них отсутствуют линейные дефекты. В процессе импульсного отжига происходит расплавление аморфного кремния и его кристаллизация из жидкой фазы на монокристаллической подложке. Однако в перекристаллизованных после ионной имплантации слоях содержатся точечные дефекты значительной плотности, появление которых связано с протеканием быстрого процесса кристаллизации.A significant advantage of the method of laser annealing of a silicon substrate is that after melting and crystallization of amorphous layers by the method of liquid-phase epitaxy, there are no linear defects in them. During pulsed annealing, amorphous silicon is melted and crystallized from the liquid phase on a single-crystal substrate. However, the layers recrystallized after ion implantation contain point defects of significant density, the appearance of which is associated with the occurrence of a fast crystallization process.

Таким образом, применение лазерного отжига по сравнению с прототипом проводят при низких температурах -600 К в среде водородной плазмы, при котором плотность точечных дефектов уменьшается. С использованием технологии лазерного отжига создают биполярные и МОП-транзисторы, солнечные кремниевые батареи.Thus, the use of laser annealing in comparison with the prototype is carried out at low temperatures of -600 K in a hydrogen plasma environment, in which the density of point defects decreases. Using laser annealing technology, bipolar and MOS transistors, solar silicon batteries are created.

Claims

A method of laser annealing a silicon substrate containing 100 nm thick amorphous layers implanted with impurities, characterized in that the annealing is carried out at a heating temperature of the silicon substrate of 600K, or 640K, or 645K, or 650K, or 655K in a hydrogen plasma environment.