2.2. Порядок выполнения работы

1. Получить инструктаж по технике безопасности от руководителя работы.

2. Ознакомиться с установкой диффузионного легирования, ее техническим описанием и характеристиками.

3. Получить от руководителя работы задание на режим диффузи­онного легирования пластин кремния (температура, время, тип источника, расходы газов).

4. Проверить температуру в рабочей зоне установки с помощью термопары.

5. Установить начальные расходы газов в соответствии с за­данными режимами (по указанию руководителя).

6. Подготовить для диффузии контрольные пластины кремния типа, противоположного диффузионному слою; с помощью пинцета поместить контрольные пластины в пазы кварцевой лодочки.

7. Вдвинуть лодочку с пластинами в рабочую зону установки с помощью автоматического загрузчика или вручную.

8. Проконтролировать заданные режимы проведения диффузионно­го процесса.

9. По окончании процесса диффузии выдвинуть лодочку с леги­рованными пластинами из реактора и установить заглушку на кварце­вую трубу.

10. Переложить пластины из кварцевой лодочки в специальную тару.

11. После удаления примесно-силикатного стекла (проводится в химическом шкафу с вытяжкой с помощью травителя на основе плавиковой кислоты) измерить сопротивление диффузионного слоя четырехзондовым методом в нескольких точках контрольной пластины.

12. Измерить толщину диффузионного слоя методом окрашивания косого шлифа.

13. Определить поверхностную концентрацию легирующей при­меси по кривым Ирвина (см. рис. 2.1).

14. Рассчитать коэффициент диффузии легирующей примеси в соответствии с формулами (2.1)  (2.3).

15. Сравнить результаты расчета коэффициента диффузии легирующей примеси с данными из литературных источников (см. табл. 2.1) при соответствующей температуре.

2.3. Отчет о работе

Отчет о работе должен содержать:

1. Краткие сведения о методах диффузионного легирования кремния.

2. Схему установки диффузионного легирования, её описание и технические характеристики.

3. Краткое описание методики измерения параметров диффузион­ного слоя.

4. Результаты индивидуальных измерений и расчетов параметров диффузионного слоя для заданного режима диффузионного легирования; оценку разброса сопротивления диффузионного слоя по контрольной пластине.

5. Результаты индивидуального расчета коэффициента диффузии легирующей примеси и сравнения его с данными из литературных источников.

6. Выводы по работе.

2.4. Контрольные вопросы

1. Каковы основные легирующие примеси в кремнии и методы проведения диффузионного легирования.

2. Опишите особенности диффузии легирующих примесей из жидких и из твердых источников.

3. Какова роль плёнки примесно-силикатного стекла, образующейся на первой стадии диффузии.

4. Укажите способы управления глубиной диффузии и поверхностной концентрацией легирующей примеси.

5. Укажите основные параметры диффузионных слоев и методы их конт­роля.

Список рекомендуемой литературы

Королёв М. А., Крупкина Т. Ю., Ревелева М. А. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных схем. М.: Бином, 2009. С. 91116.

Технология СБИС / под ред. С. Зи. М.: Мир, 1986. T. 1. С. 227291.

Лабораторная работа 3

ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ

Цель работы: изучение технологии получения легированных слоев методом ионной имплантации и исследование параметров ионно-легированных слоев.

3.1. Общие сведения

В планарной технологии кремниевых ИМС ионная имплантация применяется для создания легированных слоев и локальных областей n- и p-типов проводимости с заданным распределением примеси по глубине. Ионно-легированные слои используются для формирования ак­тивных (диоды, транзисторы) и пассивных (резисторы, конденсаторы, подныры) элементов ИМС, их изоляции друг от друга, создания скрытых легированных слоев, подлегирования омических контактов и областей канала.

К установкам и процессу ионной имплантации предъявляются следующие требования:

• обеспечение заданной дозы имплантации с воспроизводи­мостью 4 %, не хуже;

• малый разброс по энергии в пучке 0,1%, не более;

• высокая разрешающая способность по массе 1 %, не хуже;

• высокая степень вакуума в камере мишени 10^–5 Па, не хуже;

• высокая производительность  около 100 пластин/ч;

• максимальная степень автоматизации;

• полная радиационная безопасность.

Современные установки ионной имплантации (Везувий-3М, -5М, -13, -15, -17, Днепр, Лада-30) удовлетворяют всем этим требованиям, что позволяет получать ионно-легированные слои с высокой однородностью параметров (слоевое сопротивление, глубина, поверхностная или максимальная концентрация) по площади пластины и высокой воспроизво­димостью от процесса к процессу.

Сопротивление ионно-легированных слоев определяется четырех­зон-довым методом, глубина залегания pn-перехода  методом окра­шивания косого шлифа, поверхностная концентрация  по кривым Ир­вина для гауссовского распределения (см. рис. 2.1).

Процесс ионного легирования по сравне­нию с диффузионным легированием имеет ряд преимуществ, основные из которых следующие:

1) возможность имплантации практически любой примеси, а также сложных комплексных ионов в любую твердотельную подложку;

2) возможность использования в качестве маски нетермостойких материалов, таких, как фоторезист, алюминий;

3) возможность имплантации примеси в подложку через тонкие субмикрометровые слои маскирующих и защитных покрытий на заданную глубину;

4) установки ионной имплантации производят сепарацию ионов по массам, обеспечивая высокую степень чистоты процесса введения примеси;

5) позволяют осуществлять точный контроль количества введенной примеси (дозы имплантации), что особенно важно.

Перечисленные достоинства обеспечили широкое применение ионной имплантации в технологии ИМС. Особенностью ионного метода легирования является необходимость проведения термического отжига для электрической активации имплантированной примеси, для восстанов­ления нарушенной имплантацией кристаллической решетки и для отжига радиационных дефектов. Температура отжига зависит от дозы и энергии имплантации, вида примесных ионов и лежит в диапазоне 900...1100 ºС.

Согласно теории ЛинхардаШарфаШиотта (ЛШШ) распределение имплантированной примеси по глубине подложки может быть приближенно описано распределением типа Гаусса

где Q  доза имплантации, ион/см²; R_p  средний проецированный пробег ионов; R_p  среднеквадратичное отклонение пробегов, или страгглинг.

Значения пробегов и страгглингов основных легирующих примесей (B, P, As, Sb) в кремнии приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1