SU849928A1 - Способ повышени стабильности характеристик кремни - Google Patents

Abstract

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 « личаюшийс  тем, что, с целью ;увеличени  степени стабильности харак .тернстик кремни , .облучение провоц т 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   тем, что Ьбпучение и отжигведут одновременно. 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что отжиг провод т после облучени , причем облучение провод т при комнатной температуре, а oiw жигведутпри87О-920Кв течение 1-2.Ч.

Description

00 4 СО СО ГО 00 Изобретение относитс  к электронике, а именно к технологии получени  и обра тки полупроводников, стабильных к факторам технологических процессов изготовлени  и эксплуатации полупровоцнкковых приборов (температуры, деюлени резки, шлифовки, полировки, электрических полей, нанесени  покрытий и ар.). Известны способы, направленные на получение материала, стабильного к пе речисленнЫм выше факторам, состо щие в изменении условий выращивани , в частности замедлении скорости выт гивани  кристаллов из расплава, либо скорости роста эпитаксиальных пленок. Однако из-за большого разнообрази  примесей (легирующих и неконтролируемых ) и дефектов, с одной стороны, и требований необходимого уровн  легировани , а также производительности про- цесса, определ ющей относительно высокую скорость выращивани , с другой сто роны, получаемые кристаллы характеризуютс  высокой степенью неравновесност ( в услови х эксплуатации приборов) по концентраци м примесей в аанном состо  НИИ (т.е. наличием пересыщени ), наличием неравновесных фаз и поверхностей. Таким образом, получаемые кристаллы в дальнейших процессах производства полупроводниковых приборов имеют возм ность мен ть свои свойства и вызывать нестабильности характеристик приборов пСд действием сопутствующих технологи- веских факторов. Известен также способ повьпиени  стабильности характеристик кремни  к термическим и временным факторам, включающий облучение электронами или У-квантами с энергией 0,5 - 20 МэВ в сочетании с отжигом. Этот способ позвол ет отбраковывать материалы с дефектами, обусловленными отклонением от равновесных условий выращивани  полупроводниковых материалов . Однако .этим способом нельз  полностью устранить указанные недостатки. Поскольку неравновесность получаемых кристаллов в той или иной степени всег да присутствует, то количество бракован ного материала может быть зна. чительным. Проблема увеличени)1 выхода годных полупроводниковых и си жение их себестоимости требует разработки методов, направленных на устране ние нестабильности материалов (т.е. юс неравновесность после выраливанй ). Целью изобретени   вл етс  увеличен ние степени стабильности характеристик кремни . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе повышени  стабильности характеристик кремни  к термическим и временным факторам, включающим облучение электронами или - ь-квантами с энергией 0,5-20 МэВ в сочетании с отжигом, облучение провод т дозой Ф 10 в-1О частиц/см , а отжиг ведут при 74О-., кроме того, облучение и отжиг ведут оновременно , а отжиг провод т после облучени , причем облучение провод т при комнатной температуре, а отжиг ведут при 870920 К в течение 1-2 ч. , Выращенные кристаллы полупроводников содержат значительное число примесей и дефектов не равновесных (по концентрацииили положению в решетке) в услови х производства и функционировани  полупроводниковых приборов. Нешичие этих примесей определ ет многие важные работы полупроводниковых приборов параметры материала, такие как: концентраци  свободньк носителей зар да (п(р)) , их подвижность (/и.), врем  жизни неравновесных носителей зар да (т), коэффициенты поглощени  сЬета на различных длинах волн и др. Значительноесодержание углерода (NcV 7/4 ) определ ет эффективность . терестроек кислорода в Si и вызывает дополнительные реакции в кристалле матрицы . Учитыва , что концентрации сей О и С, а также легирующих примесей (бор, фосфор и др.) в кристаллах кремни  превьш1ает предел растворимости в услови х производства и эксплуатации полупроводниковьк приборов, следует ожидать неконтролируемых изменений их состо ний в кристалле, а следовательно , и неконтролируемых изменений параметров материала и приборов. В частности , изменение концентраций кислорода и углерода приведет к нестабильности параметров р да полупроводниковых приборов на основе кремни . Так, например , будет мен тьс  чувствительность лримесных инфракрасных фотоприемников в области 9 и 16,5 мкм .за счет уменьшени  коэффициентов поглощени  по мере вьшадани  кислорода и углерода в фазу. (Поглощение на 9 и 16,5 мкм пр мо пропортхиспально концентрации растворенного кислорода и углерода соответственно ). 3 Состо ние кристалла можно приблизи к более равновесному путем стимулировани  замороженных при выращивании : реакций с помощью либо облучени  элек ронами с энергией 0,5 20 МэВ и j- квантами с послецующим высокотемпера турным отжигом (970°К дл  кремни , длительность отжига при этом составл ет 1-2 ч и определ етс  скоростью отжига и выходом процесса на стационар) либо облучением сразу при повышенной температуре. При облучении идет эффективное взаимодействие простейших дефектов (вакансий и междоузлий) с приме с ми, растворенными в кристалле, гранитщми раздела. Значительную суммирующу роль при этом играет мощна  ионизаци  при облучении. В результате происход т перестройки примесей, декорирование границ и кристаллы по многим параметр, рам мен ют свое состо ние в сторону более равновесного (например, уменьшаетс  пересыщение по количеству примеси ), а значит ив сторону болыией стаоильности своих свойств и свойств изготовл емых на его основе полупроводниковых приборов. Неравновесные дефекты, также возникающие при облучении , могут быть удалены термическим отжигом. Число их можно ограничить, i примен   высокотемпературное облучение П р и м е р ы Использовалс  кремний п -типа, легированный фосфором марки КЭФ-10, коэффициенты поглощени  света при комнатной температуре 2 и 3 СМ дл  кислорода и углерода соответственно ;(это дает концентрацию кислорода lOfl , углерода - 2,8 х X 1О см ). Облучение велось электро нами с энергией 1,1-1,6 МэВ. 28 Коэффициенты поглощени  и соответ ствующие концентрации кислорода в междоузельном положении и углерода в замещающем определ лись методом ИКпоглощени  на длинах волн АУ9,1 и 16,5 мкм соответственно. Из полученных результатов следует, что коэффициент поглощени  после обработки по предлагаемому способу не измен етс  под вли нием последующей обработки в пределах точности измерений (3-5%). Примеры иллюстрируют возможность вызвать необратимые перестройки примесей облучением кристаллов высокоэнерге- тическими частицами и тем самым воспреп тствовать самопроизвольной их перестройке при создании и эксплуатации полупроводниковых приборов. Технико-эксмомические преимущества. Предлагаемьй способ обладает универсальностью , т.е. возможностью воздействовать на исходную неравновесность кристалла любой природы, контролируемостью , высокой эффективностью. Pea- лизаци  способа возможна на разных стаци х обработки материала: на слитке, пластине, пластине после .диффузии примеси и др. Следствием реализации способа  вл етс  улучщение параметров полупроводниковых материалов, повьциение стабильности их характеристик при воздействии технологических и других факторов (например, температуры, времени хранени ), увеличение выхода годного материала и снижение себестоимости как самих материалов, так и приборов на их основе.

(по от шюнию ; к исходному)

(по отношению к величине в п.2)

Мен ютс  во

времени и с

; температурой

10-15 ,

До температур 87О-970 К

.О

.(по отношению к величине в п. 2) 4. Облучение 80 , (к исходному) Тобл 920-970, ,6 МэВ

5. Прогрев при 770 КО

кристаллов, обрабо- (по отношению, генных согласно. к величине в примеру 4п. 4)

Облучение

7О Ф 103 см-, (к исходн 1у) То5л 1070°К. ,6 МэВ

7.Прогрев при 770 К кристаллов , обработанных согласно примеру 6,

8.Облучение при комнатной температуре X

10 48 -.-2

см

,1 МэВ и от, жиг при 870°К

10-15 (к исходному) 1ч

. Прогрев при

о

770°К крис (по отношению таллов, обрабок величине в примере 8) танных согласно примеру 8 50 (к исх До температур

выше

(по отношению к величине в п. 6)

До температур

более 97О°К Продолже1Гие таблицы До температур вьпие 1070°К ному)

Claims (3)

1. СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК КРЕМНИЯ к термическим и временным факторам, включающий облучение электронами или ^-«вантами с энергией 0,5—

20 МэВ в сочетании с отжигом, о т «= пинающийся тем, что, с целью ιувеличения степени стабильности характеристик кремния, .облучение проводят с дозой Ф =» 10^4в— 10 ¹⁹ частиц/см^, а отжиг ведут при 740-1070°К.

2. Способ по π. 1, о т п и ч а ю щ и й с я тем, что Облучение и отжиг· ведут одновременно.

3. Способ по π. 1, отличаю — щ и й с я тем, что отжиг проводят после облучения, причем облучение проводят при комнатной температуре, а отжиг ведут при 870-92(/К в течение 1-2.ч.

с© с© ю >

1 849928