Введение к работе
Актуальность проблемы. Дефекты кристаллов, в том числэ, возникающие на различных стадиях изготовления полупроводниковых приборов и интогральпых микросхем, опредрляющим образом влияют на реальные характеристики готовых издалий: злектрофизические параметры, надажность, стойкость. В связи с этим, в современноя микроэлектроника продолжаются активныо поиски различных, в том число нетрадиционных, методов воздействия на систему дэфактоа в полупроводнике с целью улучшения и модификации его свойств. Так, например, в последние годы широко исследуется воздэйствие лазерного и мощного светового излучения на поверхность полупроводникового материала, воздействио сильно энерготических (> I МзВ) и сильноточных (десптые доли А/см^) потоков ионов и QjiQMQHTaDHbix частиц на ггоиповвихностный СЛОЯ кристалла, влишга химических реакций на тылыюа стороне
ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПЛ9СТШ1Ы НЭ ГГО01ЮсСЫ ГГООТВКЭЮШИЭ НЭ D30*046fl
стороне, иТд. '
В послэднее время наметился интерес к такому воздействию, как обработка полупроводниковых маториалов и структур всесторопним даагонием при температурах от комнатноЕ до диффузионной. Это воздойствио моягат быть обратимым, когда свойства материала восстанавливаются при снятии давлония, или необратимым. Обратимое воздойствио давления на электрофкзическиэ, магнитные и моханическиа свойства изучено довольно хорошо, но оно но изменяет исходную дефектность кристалла. Иссладовании, касающихся необратимого воздойствия давления, к тому жо, приводящих к полезным изменениям в материале, совсем немного. Видимо , это связано с том, что в кристаллах с пебодьшим количеством дефектов ддя необратимых измононий тробукггея давления порядка I гигопаскаля и выше поскольку наиболее распространенные полупроводники Ge, Si, GaAs ИМ8ЮТ довольно большие ЗНЭЧОНИЯ УПРУГИХ модулей Создэнио Ж0 VCT3H0B0K с лэвлэниам таких воличин с обЪомом бчйочой камаюы зптя йы в несколько кубических сантиматров и с рабочей температурой до ІООО косҐС затвуд нительно При меньших давланиях aLffir необратимости, в мало дефектных кристаллахнесдасгвсне" тоо?атт ста
Однако, предварительные оценгси показывают, что в сильно-разупорядочепных полупроводниковых структурах заметное необратимое ноздсйотвие мошт наблюдаться при вначетельно меньших
- 4 -давлениях, порядка сотен и даже дрсятков мегапаскалей, особенно при повышенное температуре. Это имеет место, например, при высокодозовой ионной имплантации и последующом отжиге, рекристаллизации аморфных слоев, отаиго поросыщеиных полупроводниковых растворов, в слоях, примыкающих к окиснын и другим покрштиям на поверхности полупроводникового материала.
Поскольку имеющиеся на сегодня сведения о протекании этих процессовПод давлением соворшонно недостаточны, представляется актуальным их всестороннее изучение. Следует отметить, что акспориментальние исследопапия при высоких давлониях довольно трудоемки. В связи с этим представляет несомкенныа интерес параллельное математическое модалированив процессов образования и миграции двфектов в полупроводниках под давлением.
Целью работы является;
экспериментальнов исследование влияния всестороннего газового давлания до 2QQ МПа на некоторые наиболее важные процессы отжига дафекгов ионно-имплантированного с высокоя дозой слоя, на диффузию бора и фосфора из такого слоя и на аномальные эффекты при их послэдоватольноп диффузии;
модалированив на ЭВМ точечных и протяженных дефектов в кремнии в условиях всестороннего сжатия и получение их энергетических характеристик;
- модэлированио процрсса диффузии примеси из ионно-имплан
тированного слоя с учетом его сильной дрфектности и ВЫСОКОЙ
концэнтрации примеси;
- акспвриментальное исследованив влияния давления на некоторые
другиэ процессы и структурі с силыюдэфектными слоями: рекристал
лизацию аморфного кремния, формированиэ омических контактов к
арсеяиду галлия, отжиг оксидных и нитридных покрытий на кремнии.
Научная новизна работы состоит в том,что в ней впервыо: 1.Исследована диффузия бора и фосфора из ионио-имшгантированного с большой дозой слоя кремния при всестороннем газовом давлении и обнаружен аффект ускорения диффузии под давлением. 2.Исследовав аффект змиттерного выдавливания при формировании транзисторных структур в кремнии в условиях всестороннего давления.
3.Проведено злоктронно-микроскопическоэ изучение перестройки дефектов дислокационного типа при отжиге ионно-имплантированного с шсокой дозой слоя кремния и обнаружено ускорение процесса перестройки.
- S)
4.Проведено «ашинное модолированиэ вакансуюнтя ' и ссбственных междоузольных комплексов в кристалле кремния под давлением и опродолэны некоторыо их энергетичоскио характеристики. 5.Предложена кногочастичная модель диффузии фосфора из ионна-даллантировапного слоя кромнил и проведен расчэт профиля распредолония фосфора при диффузии под давлением. е.Исследована рекристэллизаиип аморфизованпого иодами аргона и азота слоя кремния в отжиге под давлением. Обнаружено замедление скорости рекристзллизации для Я+ при давлении до 100 МПз и ускорение рекристаллизации в диапазоне 100-200 МПз для N+ и 0.1-200 МПа для Аг+"
7.Исследовано формирование омических контактов к грсениду галлия при вплавлений контантного покрьтия под давлением и обнаружено улучшение качества контакта по ' сравнению с пплавлвниом при атмосферном давлении.
ЦpaOT^PcKaЛjpiiHРcrb работы состоит п тон, что:
обнаруженный зффокг ускоренной диффузии приноси из ИИС под дзвдониэм мошт быть испальзопак для выбора паиболее опгималь-ных условия легирования активных слоев изделий микроэлектроники;
ускоренная перестройка дофоктной струитуры имплантированного слоя в отжито под давлониом позволяет опгимизировать решимы отжигов и получать более бездрфектные полупроводниковые слои;
рассчитанные на ЭВМ эпорготичоские хараттеристики некоторых вакансионных н собственных мовдоузольных дофеїстов в кремнии как с давлением, так и баз дзвлонип, позволяют установить степень участия тех или иных дефектов в процессе диффузии примеси из ионяо-имплаптированшх слоев;
продяоженная модель диффузии фосфора под давлениом из ионно-имплантированного слоя кремния дает возможность рассчитывать профили распределения и глубину проникновения примеси в случае высоких доз имплантации;
обпаруженное умопывониз эффекта змиттерного выдавливания под давлением позволяет получать транзисторные структуры с Оолвэ тонкой базой;
предложенный способ вшгавления омических контактов к зрсонвду галлия при повышенном давлении, защищенныа ааторским свидетельством об изобретении N1455938 (СССР), позволяет улучшить качество контактов в смысле уменьшения контактного сопротивления и расширения температурного диапазона вплзвлэния, в котором получается удовлетворигельное качество.
- } -
Работа выполнялась по томе "Обработка материалов давлением", включенной в координпциониый план АН СССР <1985-1890 it.). Результаты, изложенные в настояшея работа, были использованы при выполнении 2-х хоздоговорных работ кафедры по-
Положения, выносимые на зашдгу. I.Механизм диффузии бора аналогичен механизму диффузии фосфора и является двухпотоковым,
2.Диффузия бора и фосфора из ионно-имплантированного о высокой дозой слоя кремния при воздействии всестороннего давления является аномально ускоренной . Давление не влияет на диффузию примесей из слоя, сформированного аагонкоа из внешнего источника. 3.Эффект ускорения связан с изменением под давлением процрсса пере строаки дефектов нарушенного ионной имплантацией слоя: дислокационных петель, дафектов упаковки, преципитатов примеси. 4.Давление усиливает высвобождение примесных междоугельных атомов из преципитатов фосфора и собственных мевдоузельных атомов из дефектов упаковки типа внедрения, но уменьшает концентрацию вакансия.
5.Учет избытка собственных междоузельных атомов и растворения пршмесных преципитатов в имплантированном о высокой дозой слое кремния позволяет получить расчетные профили распределения фосфора, совпадающие с зкспериментальными.
е.Упругие напряжения и дислокационные дефекты играют сущвственную роль в процоссо рокристаллизации аморфизованных слоев кремния. Это подтверждается зависимостью процэсса рекристаллигации от давления.
7.Процэсс рекристаллизации арсенвда галлия при вплавлании омического контакта контролируется диффузией атомов золота и германия и упругими напряжэниши в области контакта.
Апробация работы. Отдельные разделы работы докладывались на VIII и IX Взспубликанских семинарах "Влияние высоких давлений на вешэство" (г.Киев, 1983 и 1984 гг.); II и III Всесоюзных совещаниях "Применение высокого давления дня получения новых материалов и создания интенсивных процессов и химических технологий" (г.Москва, 1986 и 1990 гг.); I Всесоюзном семинаре "Низкотемпературное легирование полупроводников и многослойных структур микроэлектроники" (г. Устинов, 19а7г.); XXX Постоянном семинаре "Моделированиэ на ЭВМ радиационных и других дефектов в
кристаллах" (г. Одзсса, 1990г.); I Мождународной конференции Института электроники болгарской Лкадомии Наук (г. София, 1990г.); а также неоднократно на итоговых научных конференциях (1985-19Ш гг.) и семинарах кафедры полупроводниковых приборов Нижегородского госуниверситета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано II научных работ и получено I авторское свидетельство па изобретение.
Структура и обЪом диссертации. Работа состоит из введэния, пяти глав и заключения. Она содержит 120 страниц машинописного твкста, 41 рисунок, 10 таблиц и список литературы из 177 наименования.