Научная статья на тему 'ОСОБЛИВОСТі ТЕХНОЛОГії КРЕМНіЙТА АРСЕНіД ГАЛіЮ НА іЗОЛЯТОРі'

ОСОБЛИВОСТі ТЕХНОЛОГії КРЕМНіЙТА АРСЕНіД ГАЛіЮ НА іЗОЛЯТОРі Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

CC BY
84
44
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТОД DELECUT / МЕТОД SMARTCUT / К-МОП / МНОГОЗАРЯДНАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ / ОКСИНИТРИД / АЗОТНАЯ СУШКА / DELECUT METHOD / SMARTCUT METHOD / CMOS / MULTICHARGE IMPLANTATION / OXYNITRIDE / NITRIC DRYING

Аннотация научной статьи по экономике и бизнесу, автор научной работы — Новосядлий С. П., Мельник Л. В.

В данной статье рассмотрены физические основы способов создания структур кремний на изоляторе (КНИ) и арсенидгалия на изоляторе (АГНИ) различными методами. Основное внимание уделено методу «DeleCut» (ion irradiated Deleted oxide Out). Последний, по сути дела, является модификацией известного метода «SmartCut» и предназначен для устранения недостатка базового метода

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Features of silicon and gaas on isolator technology

It is shown that today the main problem of SOI technology is the low reproducibility of parameters when using high-temperature technology of synthesis and detachment of mono Si layer in a hydrogen atmosphere. Physical basics of the methods for creating silicon-on-insulator (SOI) and gallium arsenide-on-insulator (GAOI) structures using different methods were considered in the paper. Major attention was paid to the «DeleCut» method (ion irradiated Deleted oxide Out), which is essentially a modification of the known «SmartCut» method and is intended to eliminate a lack of basic method. DeleCut method allows significantly reduce the annealing temperature and concentration of radiation defects in SOI and GAOI structures, decrease the thickness of the cut off layer of silicon or gallium arsenide and the transition layer between the SOI or GAOI layer and hidden oxide (oxynitride). Simultaneously, an increase in thickness uniformity of SOI or GAOI layers and dielectric (semiinsulaedr semiconductor) to several nanometers is achieved.

Текст научной работы на тему «ОСОБЛИВОСТі ТЕХНОЛОГії КРЕМНіЙТА АРСЕНіД ГАЛіЮ НА іЗОЛЯТОРі»

4. Сундучков, А. К. Межканальная интерференция и метод оценки ее влияния на прием сигнала [Текст] / А. К. Сундучков, Е. А. Остропуцкая, Е. А. Фадеева, К. С. Сундучков // Электроника и связь. - 2010. - № 4. - С. 202-206.

5. Пелшок, В. О. Вибiр виду модуляцй' для забезпечення основних вимог в безпровщних системах [Текст] / В. О. Пелшок // Наую^ записки УНД1З. - 2009. - № 2 (10). - С. 25-31.

6. Васильев, В. Г. Технология широкополосного безпровщного доступа WiMAX стандарта IEEE 802.16-2004 [Текст] / В. Г. Васильев. - Юнидата, 2009. - 91с.

7. Михалевський, Д. В. Дослщження потужност сигналу приймачiв стандарту Wi-Fi [Текст] : матер. мiж. наук.-практ. конф. / Д. В. Михалевський // Актуальные проблемы современной науки и пути их решения. - Знания Украины, 2014. - C. 29-31.

8. Wescott, D. A. CWAP Certified Wireless Analysis Professional Official Study Guide: Exam PW0-270 [Text] / D. A. Wescott, D. D. Coleman, P. Mackenzie, B. Miller. - Wiley Technology Pub., 2011. - 712 p.

9. Гепко, И. А. Современные беспроводные сети: состояние и перспектвы развития [Текст] / И. А. Гепко, В. Ф. Олейник, Ю. Д. Чайка, А. В. Бондареко // Киев: ЭКМО, 2009. - 672с.

10. IEEE Std 802.11-2007. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications [Text] / Int.2007-06-12. - IEEE, 2007. - 1076 р.

11. Карпов, А. В. Методика визначення загального рiвня опромшення персоналу в сучасному шформацшному просторi [Текст] / А. В. Карпов, Г. Ф. Кнахович, Г. С. Конахович, Р. С. Одарченко // Наукоемш технологи, Науковий журнал НАУ. -2010. - № 2. - С. 116-121.

12. Мелихов, С. В. Оценка чувствительности радиоприемников с настренными антенами [Текст] / С. В. Мелихов, В. А. Коло-гривов // Доклады ТУСУРа. - 2006. - № 6. - С. 63-67.

-□ □-

В данш cmammi розглянутi фiзичнi основи спо-co6ie створення структур кремнш на iзоляторi (КН1) та арсетдгалт) на iзоляторi (АГН1) pÍ3-ними методами. Основна увага надана методу «DeleCut» (ion irradiated Deleted oxide Out). Останнш по сутi справи e модифтащею вiдомо-го методу «SmartCut» i призначений для усунення недолту базового методу

Ключовi слова: метод DeleCut, метод SmartCut, К-МОН, багатозарядна iмплантацiя, оксиштрид,

азотна сушка

□-□

В данной статье рассмотрены физические основы способов создания структур кремний на изоляторе (КНИ) и арсенидгалия на изоляторе (АГНИ) различными методами. Основное внимание уделено методу «DeleCut» (ion irradiated Deleted oxide Out). Последний, по сути дела, является модификацией известного метода «SmartCut» и предназначен для устранения недостатка базового метода

Ключевые слова: метод DeleCut, метод SmartCut, К-МОП, многозарядная имплантация,

оксинитрид, азотная сушка -□ □-

УДК 621.382

|DOI: 10.15587/1729-4061.2014.31582]

ОСОБЛИВОСТ1 ТЕХНОЛОГИ КРЕМН1Й-ТА АРСЕН1Д ГАЛ1Ю НА 1ЗОЛЯТОР1

С. П. Новосядлий

Доктор техычних наук, професор* E-mail: nsp@mail.pu.if.ua Л. В. Мельник

Астрант* E-mail: lj-3d@rambler.ru *Кафедра комп'ютерно!' шженери' i електронки Прикарпатський Нацюнальний ушверситет ím. В. Стефаника вул. Шевченка, 57, м. 1вано-Франмвськ, Украша, 76025

1. Вступ

Метод DeleCut дозволяе суттево знизити температуру ввдпалу та концентращю радiацiйних дефекпв в структурах КН1 i АГН1, зменшити товщину ввдаче-ного шару кремшю чи арсешду галж та перехвдного шару мiж шаром (КН1) або (АГН1) i захованого оксиду (оксиштриду). Одночасно досягаеться зб^ьшення однорвдност товщини шарiв КН1 або АГН1 i дiелек-трика (напiвiзольованого натвпроввдника) до деюль-кох нанометрiв.

Методами DeleCut та багатозарядною iмплантацi-ею створенi структури КН1 з бездислокацiйними ша-

рами КН1 товщиною 0,1-0,5 мкм iз захованим оксидом (оксинiтридом) (0,05-0,3 мкм) на пластинах Чохраль-ського дiаметром до 150 мм. Структури КН1 (АГН1) мають високi електрофiзичнi характеристики, як тд-тверджуються виготовленням на них субмжронних (0,5-0,7 мкм) транзисторiв КМОН та тестових iнте-гральних схем (тестових структур).

2. Аналiз дослiджень i публiкацiй

Ввдомо що перехiд вiд кремнieвих пластин, в тому з еттаксшним шаром, на структури КН1 при

©

виробництвi великого класу натвпровщникових при-ладiв i мжросхем дае великi переваги в порiвняннi з об'емним матерiалом, зокрема зниження спожива-но' потужноси, пiдвищення радiацiйноi стiйкостi та швидкоди. З початку сiмдесятих рокiв розвиток мь кроелектронноi технiки iде за законом Мура - про-дуктившсть мiкропроцесорiв подвоюеться кожнi 1518 мкящв, а мiнiмальний розмiр елеменпв швидко наближаеться до 50 нм та перемикаючий заряд зни-жуеться до 800-1000 електрошв [1, 2]. Незважаючи на успiхи окремих фiрм (Intel, NEC, Lecent Technology, Philips) в зменшенш розмiрiв елементiв (<150нм), фь зичнi межi (квантовi ефекти i невизначенiсть в по-ведшщ малих струмiв через тунелювання) та техно-логiчнi проектнi норми КТО (обмежена потужшсть розсiювання, щiльнiсть топологи та величина тунель-ного струму) можуть суттево загальмувати процес мiнiмiзацii на основi масштабного зменшення розмiрiв елеменпв в рамках стандартноi технологii разом з над-мiрно зростаючими витратами на розвиток радiацiйноi стiйкостi К-МОН - технологи на арсенвдгалт рiзко зменшують бар'ери по впровадженнi альтернативних приладних концентрацш на базi нових матерiалiв, (GaAs) та нових технолопчних процесiв [3].

Використання КН1 зменшуе дожину каналу МОН - транзистора до 15 нм, а дiапазон подвшного затвору дозволяе досягти каналу на рiвнi 10 нм. Сьо-годнi у свiтi використовуються два основних методи створення пластин КН1 (Silicon on Isolation - SOI), iмплантацiйний метод - впровадження на глибину кристалу юшв кисню ( O+ ) - Silicon Implanted by Oxygen - SiMOX з наступним синтезом захованого оксиду при вiдпалi та метод водневого переносу кремшю з оксидом (SmartCut SOI), який полягае в прямому зрощуванш опромiненоi воднем донорноi окисленоi пластини кремшю з отрною пiдкладкою з наступним майже повним видаленням донорноi пластини шляхом ii сколу iмплантацiйним вiдпалом [4].

Пластини КН1, як виготовленi за допомогою цих двох методiв, знайшли комерцiйне застосування незважаючи на те, що '¿х цiна 5-6 разiв е бшьшою цiни пластин кремнiю того е дiаметру. Справа в тому, що пльки цими методами вдаеться забезпечити вимоги субмжронно' технологii при товщиш вiдсiченого шару КН1 менше 100 нм [5].

Найб^ьш близькими до застосованого нами способу створення КН1 е вщомий метод SmartCut, який був запропонований М. Брюелем. Фшшними опера-цiями в методi Брюеля пiсля переносу шару кремшю з оксидом на отрну тдкладку е високотемпературна обробка-вiдпал при Т=1100-1200 °С, яка покращуе па-раметри структур КН1 за рахунок вщпалу радiацiйних дефектiв в кремнii, як захороненi в SiO2, видаленням захованого водню та закршлення зв'язюв нам межi зрощування[6, 7].

Остання операщя полягае в прицезiйному поль руваннi структури КН1 до чистоти V14 , що видаляе 0,1-0,25 мкм верхнього шороховатого, але е дефектами шару монокремшю.

Метод даних дослщжень - розробка методiв фор-мування пластин КН1 або АГН1 iз властивостями вщ-сiченого шару кремшю чи арсешду галiю i захованого дiелектрика чи напiвiзолюючого натпровщника, якi б не уступали властивостям еттаксшного чи об'емного

матерiалу i термiчного оксиду, а також розробка сучас-но' технологii i виготовлення субмжронних (0,25-0,6) мкм КН1 КМОН транзисторiв для вивчення особли-востей технолопчного процесу i дiагностування елек-трофiзичних параметрiв на основi тестових структур технолопчно' САПР.

3. Формування цшей i задач

Виходячи iз лiтературних джерел сьогоднi основною проблемою технологи кремнш на iзоляторi е низька вiдтворюванiсть параметрiв при використанш високотемпературно' технологи синтезу i вщшаруван-ня шару моно Si в атмосферi водню.

Для формування шарiв арсенiд галiю на iзоляторi дослiджена i запропонована технологiя багатозарядно' iмплантацii хрому, що формуе мiжшарову iзоляцiю та багатозарядна iмплантацiя, H++, B++ та O++ забезпечуе локальну iзоляцiю.

Цi двi високоефективнi технологи забезпечують формування КМОН на Si i КМДН на арсенвд галж як з використанням МДН-транзистора так i транзисторiв Шотткi.

3. 1. Дослщження процесiв та MexaHi3MiB зрощу-вання, вiдшарування i переносу в пластинах кремнш на iзоляторi

Процес зрощування пластин кремнiю можна подати у виглядi двох еташв:

1) з'еднання пластин планарними сторонами все-редину за рахунок сил Ван-дер-Вальса та дипольно' взаемодii абсорбованих на поверхш радикалiв;

2) на^в цiеi з'еднано' пари при шдвищенш тем-пературi (800-1200 °С) для замши слабких мжромо-лекулярних зв'язюв мщними ковалентними.

Найбiльш важливою проблемою в проце« зрощування е вщсутшсть областей контакту, в локальних мкцях (макро -i мiкропустоти та нерiвностi поверх-нi), якi зменшують силу взаемоди мiж пластинами кремшю i вихiд придатних. А друга вимога до процесу зрощування - це висока чистота поверхонь пластин, що зрощуються. Щ вимоги особливо актуальнi сьо-годнi для великих дiаметрiв пластин >76 мм.

1снуе багато способiв хiмiчноi очистки пластин Si, але найб^ьш поширеною е так звана RCA-очи-стка, тобто обробка в перикисно-амiачному розчинi (NH4OH: H2O2: H2O = 1:1:4), зняття природнього оксиду в розбавленш плавжовш кислотi НF (буферний травник) i обробка в перекисно кислотному розчиш (HCl:H2O2:H2O = 1:1:4). RCA обробка застосовува-лась в данш роботi. Пiсля кожно' операцГ' виконува-лась фiнiшна промивка киснем в деюшзованш водi марки А та центрифужнш азотнiй сушцi. Зрощування проводилось мiж гiдрофiльними поверхнями, отри-маними обробкою в перекисно-амiачних розчинах рiзного спiввiдношення, якi б мали контактний кут змочування для кремшю i для SiO2 вiд 0 до 6-8°. Шс-ля гiдрофiлiзацii проводилась, як вiдмiчалось вище, сушка на центрифузi в азотнiй атмосферi та з еднання пластин в пари на спещальнш установщ зрощування «Радикал-2». Якiсть зрощування контролювалась по зображенню на просви в ближньому 1Ч^апазош за допомогою ПЗС - камери.

Основою технологи водневого переносу е ефект формування на глибиш проектного пробку юшв вод-ню RP мжротрщин розмiром до 80-100 нм, в яких при наступнш термообробцi проходить вже накопи-чення газоподiбного водню, що приводить до тд-вищеного тиску в мiкротрiщинi, ïï росту i до ввдо-кремлення плiвки кремнiю вiд решти кристалу. В нарушеному iонами водню шарi кремшю пiсля вiдпалу при 450-820 °С утворюються уже мiкротрiщини до 0,8-1 мкм. Характерною особливштю водню е його активна взаемодiя з домшками i дефектами. В результат! водень захоплюеться на вже розтягнут та ослаблен зв'язки Si-Si на краях мжротрщин. Розм!ри таких трь щин збшьшуються по м!р! накопичення водню, проходить повний розрив зв'язюв i формування так званих купол1в (блiстерiв) на поверхнi розмiрами 10-45 мкм (рис. 1) (шби пузир!в).

Поява таких купол!в спостер^аеться при вiдпалi iмплантованого воднем кристал^ починаючи з дози 1-10 мккул /см2 при енергп 30-85 кеВ. Под1бний рельеф на поверхш може також утворюватись при !мп-лантацп багатозарядними iонами H++ . Таким чином, iснуе деякий штервал доз i енергiй, всередиш якого не проходить порушення поверхш, в процеа опромiнення i в той же час концентращя водню вже е достатньою для вщшарування кремнiю при вiдпалi. Такий штер-вал доз водню як однозарядних, так i двозарядних залежить ввд температури опромiнення (250-380 °С).

Якщо поверхня опромiненого воднем кристалу по-крита механiчно мщнлю пл!вкою (типу ХСЛ) або з'еднати з другою пластиною, то формування високих купол1в (пузир!в) буде подавлено, а трщини будуть розвиватись переважно паралельно поверхш, що приводить до повного вщшарування пл1вки ввд решти кристалу [8].

Розглянемо кшетику процесу формування блк-терiв i вщшарування пл!вок при наступному ввдпа-л! зпдно даними 1Ч-спектрографп. Дослщжувались при цьому спектри 1Ч-поглинання Si-H - зв'язками в кремнiï, який опромшений iонами водню H+ або H++. Пластини кремнiю p-типу (КДБ-10) з концентрацiею бору 1014 см-3, товщиною 400 мкм, дiаметром 100 мм, орiентацiею (100) опромiнювалась юнами водню з енергiями 35-120 кеВ (проектний пробк RP = 0,6мкм до доз в iнтервалi (0,1 -8) 1016 см-2).

Рис. 1. Змша концентраци Si-H — зв'язюв при вiдпалi iмплантованого воднем ( H++ ) кремшю КДБ-10 (см-2): 1 — мЫмальне значення; 2 — 8-1014, 3 — 2-1015, 4 - (1 —2)-1016, 5 - (6—7)-1016

Спектри поглинання опромшеного кремнiю мш-тять велике число лшш в обласи 1800-2300 см-1. Цi лiнii звичайно зумовлен поглинанням пружними модами Si- Н - зв'язкiв атомiв водню, який насичуе обiрванi зв'язки рiзних вакансiйних i мiжвузлових компонентiв. Трансформащя спектру 1Ч в областi поглинання Si - Н зв'язюв вказуе на змiну концентрацii iх при вiдпалi iмплантованого воднем кремшю протя-гом 30 хв, що подано на рис. 1.

При дозах > 8 1016см-2 тсля ввдпалу при Т=300 °С протягом 1год практично весь iмплантований водень вже е хiмiчно зв'язаний з кремшем.

При вибраних умовах опромшення та вiдпалу бль стери спостер^аються тiльки на пластинах кремнiю, опромшеними дозами бiльшими 4 1016см-2. Саме в iнтервалi ( (1 - 5) 1016см-2) при високотемпературних прогрiвах (Т=450-580 °С), на установцi «1мпульс-3» протягом 30-70 хв в спектрах 1Ч поглинання появля-ються лiнii моногiдридiв, якi покривають поверхню трiщин всередиш пластин кремшю.

Порiвняння положень лшш спектру моногiдридiв для пластин з орiентацiею (111) та (100) дозволяють стверджувати, що при даних дозах iмплантацii трщи-ни орiентуються в основному паралельно поверхш.

3. 2. Особливос™ технологи формування КН1 МОН-транзисторiв

Виготовленi методом DeleCut пластини КН1 структур тестувались шляхом формування на них тран-зисторних структур. Для цього була розроблена то-пологiя тестового кристалу. Сам тестовий кристал включае в себе 26 теспв п- i р-канальних транзисторiв як з лшшною, так i кiльцевою геометрiею. Транзи-стори мали 3 варiацii за довжиною каналу: 15; 0,5; 0,3 мкм, щоб можна було зафжсувати субмiкроннi ефекти. Змiнювались також доза iмплантацii в базо-вий шар транзистора.

Для формування короткоканальних транзисторiв були виготовлеш ПФО, що забезпечували довжину каналу 0,5 i 0,3 мкм тсля фотолггографп по полжрем-нiевому затворi. На рис. 2 подано зображення поль Si затвору, отриманого в скануючому електричному мь кроскопi. Як бачимо iз рис. 2 затвор мае Т-подiбну форму. Злiва за вертикальною перемичкою р+ - область контакту до базово'! областi я-канального транзистора. Перемичка мае ширину 3 мкм. Для вибору рiвня ле-гування базового шару було проведене комп'ютерне моделювання проектуючих короткоканальних тран-зисторiв в системi САПР TCAD.

Також була розроблена програма, що давала роз-в'язок двовимiрного рiвняння Пауссона. За допомогою дашл програми знаходилась величина потенщалу ф у всiх точках вщичення шару моно-Si мiж витоком i стоком МОН-транзистора. Дальше обчислювалась концентращя вшьних носiiв заряду i провiднiсть даного шару моно^ при отриманих малих струмах .

На основi розрахунку був вибраний рiвень легу-вання в я-канальному транзисторi атомiв бору (В+), а в ^-канальному атомiв фосфору (Р+), чи миш'яку (As+), при якому провiднiсть шару не перевищува-ла 2 10-11 см/мкм при нульовiй напрузi на затворi i довжинi каналу 0,5 мкм. Така величина вщповщае струму втрат, що не перевищував 4 10-10А при ширинi каналу 20 мкм.

Рис. 2. Зображення КН1 МОН — транзистора в скануючому електронному мкроскош (Po3Mip зображення 20x20)

Для створення шару вщиченого моно-Si товщиною 100 нм на пластинах КН1 декшька pa3iB вирощував-ся термiчний оксид, який поим видалявся. Товщина шару дюксиду кремнiю вимiрювалась елiпсометром ЛЕМ-3.

Найбiльш очiкуваним результатом стало зниження ефективност рухливостi електронiв i дiрок по мiрi зменшення довжини каналу. На контрольнш плас-тинi, на якш транзистори виготовлювались вже в об'емному матерiалi також спостерiгалось зниження ефективност рухливостi цеф вiд 550 до 175 см2/В■ с при зменшенш довжини каналу вщ 15 до 0,3 мкм. Рух-ливють в об'емному матерiалi зменшувалась в 3 рази, а на пластинах КН1 в 6 разiв. Така рiзниця пояснюеться рiзними умовами для дифузшних процесiв та ввдпалу дефектiв в КН1 та об'емному моно-Ä Тому причиною зниження рухливосп носив заряду в КН1 е залишко-вi дефекти, шо дифундують при вiдпалi iз областей витоку i стоку в обласп каналу транзистора. Тут до-цiльно було б використовувати гетерну технолопю при формуванш пiдзатворного дiелектрика, замiнивши термiчний SiO2 на оксинiтрид кремнiю, а поль^г на силiцид кремнiю.

4. Особливост багатозарядно!' iмплантащï: технологи багатозарядно!' iмплантащï азоту i кисню для формування структур кремнш на iзоляторi.

Метою дослщжень була розробка технологи формування КН1 структур, в якш були б вщсутш не-долiки, якi були викладенi вище та зменшення цiни на таю структури, а саме використання для цього багатозарядноï iмплантацiï : вибiр джерела iмплан-тацiï та оптимiзацiя технологiчних процесiв iонного легування ^мплантаци i вiдпалу) для формування якюних iзолюючих захованих та гетеруючих областей оксиштриду кремнiю для його можливого використання як для дiелектричноï iзоляцiï КН1 структур, так i для спейсерiв.

Вперше оксинiтрид був сформований автором висо-кочастотним магнетронним розпиленням кремнieвоï мiшенi в азотно-аргоннш плазмi для формування

зовнiшнього гетера при формуванш структур при-цезшних операцiйних пiдсилювачiв. В данiй стати оксинiтрид повинен виконувати не пльки гетеруючу роль домiшок i дефекпв, але i iзолюючу роль як дiе-лектрика.

Тому для його формування був вибраний метод високоенергетично! багатозарядно! iмплантащi кисню i азоту, щоб за допомогою енерги iонiв формувати захо-ванi шари на рiзнiй глибини кремнieвих пiдкладок, на яких формуються субмiкроннi структури В1С. [8]

Ввдповвдно для зменшення енергГ! та дози опромь нення автори вибрали газоподiбне джерело у виглядi молекулярного оксиду азоту (^О), бо е неотруйною i неспалахуючою сумiшшю. Як i кисень чи азот за допомогою технологи очистки можна досягти високо! степеш чистоти як за точкою роси (-75 °С) так i вмю-том газоподiбних домшок (<10-4 %) [6]. Крiм цього, га-зоподiбне джерело дозволяе формувати багатозарядш молекулярнi пучки, якi складаються iз однозарядних радикалiв (N2O+), або двозарядних (^О++). В чому полягають переваги багатозарядно! iмплантацii ?

- енерпя iмплантованих багатозарядними юна-

ми Е = (ивит - иприск) ■ n, де ивит - витягуюча наПPУга,

иприск - прискорююча напруга, п - кратнiсть заряду юна, дозволяе iмплантувати не пльки iони, але i ради-кали на досить велик глибини >0,5 мкм.

- дози iмплантованих юшв визначаються ствввд-ношенням Dn = D ■ Я, де D- доза однозарядних iонiв.

- струм массепаратора при легуваннi багатозарядними юнами визначаеться як, 1п = 1с/-\/п , де 1с - струм сепаратора однозарядним юшв.

Ввдхилення заряджено! частини в магнiтному полi сепаратора визначаеться виразом :

R =

143,95 /MU H

(1)

де R - траекторiя юна, H - напружешсть магштного поля сепаратора; U - витягуюча напруга у В; М - маса юна у ввдносних одиницях; n - кратшсть заряду елек-трона [7].

Багатозарядна iмплантацiя радикальних iонiв дозволяе використовувати iснуючi iмплантатори «Везу-вiй-9» чи «Лада-30» i дозволяе створювати ретроградш (неоднорiднi) концентраци домiшок. Для експеримен-ту авторм вибирались пiдкладки моно-Si КЕФ 4,5 (100) дiаметром 100 мм. Для iмплантацii використовувались молекулярш (радикальнi) пучки N2O+ та N2O++ з енергiями 150-400 кеВ. 1онна iмплантацiя проводилась в центральну частину пластини з дiаметром опро-мiненоi областi 25-30 мм з метою порiвняння електро-фiзичних параметрiв до i пiсля iмплантацii та ввдпалу.

Таким чином, багатозаряднi радикальш iони N2O++ вибранi автором, бо забезпечують синтез оксиштриду кремшю при менших енерпях i дозах, шж однозаряднi iони кисню чи азоту, а для '¿х вiдпалу потрiбна вже мен-ша енергiя активаци, що е важливим для зменшення часу дифузшних процеив.

Струм пучка однозарядних радикалiв N2O+ скла-дав 150 мкА (густина в 1,5 мкА / см2 ) i для двозарядних радикалiв N2O++ <25 мкА (<1 мкА/см2). Доза iм-плантаци вартвалась в дiапазонi 11016 - 2,8 1017см-2. Перед iмплантацiею пiдкладки моно-Si покривались захисним шаром SiO2 товщиною 10 нм (100 A). Ввдпал

100

80

60

700 800

Т,%

100

80

60

40

700

структур для активаци синтезу проводився як високо-температурною обробкою, так 1 швидким 1мпульсним вщпалом за допомогою установки фотонного вщпалу «1мпульс-3» в атмосфер1 аргону.

Властивост отриманих захованих оксиштридних шар1в дос.гпджувались методами шфрачервошл спектроскопы (14), електронно'! Оже-спектроско-пп, вторинно'! масспектроскопп (В1МС) та вим1рювання вольтам-перних характеристик. 1Ч - спек-три зшмались для досить великого температурного д1апазону (-60-+150 °С) на установщ Spi-соМ-82 в д1апазош хвильових чисел 650-1250 см-1. Для отримання концентрацшних проф1л1в атом1в кисню 1 азоту ЕОС з пошаровим травленням визначалась глиби-на формування захованих шар1в. За допомогою штерфорометра МИИ-11 та елшсометра ЭМ ви-значався коефщ1ент заломлення отриманих, захованих шар1в [9].

Анал1з спектр1в 1Ч-поглинан-ня, що поданий на рис. 3, а пока-зуе, що безпосереднш результат 1мплантацп однозарядних моле-кулярних юшв N30+ в Si - шд-кладки через оксид Si02 дае шт-рид кремшю Si3N4, а фаза оксиду була практично вщсутня. В результат! вщпалу при Т=1000 °С протягом 1 год вихщ дано'! фази спостер1гаеться вже утворюеть-ся д1електрична фаза оксишт-риду SiX0YNZ. Максимальний вих1д дано'! фази спостер1гаеть-ся вже при доз1 (8 -10) 1016см-2 рис. 3, б при зм1ш коефщ1ента заломлення в1д величини 2,1 до 1,75-1,95. Пор1внюючи амп-л1туди спектр1в пропускання SiX0YNZ (1з рис. 3, в) видно, що зб1льшення дози не веде до про-порцшного росту ампл1туди, а значить фази SiX0YNZ .

Таким чином, при просторо-вому розд1ленш 1мплантованих юшв азоту 1 кисню, обумовлених р1зницею фаз, юнуе оптимальна доза 1мплантованих однозарядних радикальних юшв ^0+ ви-х1д реакцп синтезу SiX0YNZ вже е максимальним [10].

При тому не т1льки юльюсть 1мплантованих радикал1в визна-чае характер реакцп синтезу. На рис. 3, г приведений 1Ч - спектр пропускання в Si, 1мплантованого юнами N20+ з дозою 2,8 -1017см-2 та тдданому багатоступеневому 1зотопному в1дпал1 при 400, 600, 800 1 1000 °С.

В результат! такого вщпалу отримана сум1ш фаз Si3N4 1 Si02, але це не SiX0YNZ , як це мало мюце при одноступеневому в1дпал1 (рис. 4, а). Тобто, на реакщю синтезу оксиштриду кремшю впливае 1 сам режим вщпалу 1мплантованих радикальних юшв.

1 : :

. 1 1 1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ч-(—|'Т 1

11 1 1 1 1 1 ^,N0 1 1 1

1 1 1 1 1 1

V,

1 1

100

80

60

1

-. •К -7-± /

П У

у ) 1

1 : яо

1 •4-""" 1 1 1 1 V -1—»-

900 а

1000 1100

700 Ё00 900 1000 1100

А ! 1 !

- 1 V : 77 7 А / \ /

х 1 .4- V; ^ 1 V ' Л 1 / 1 --7®° ! 1 1 1 1

1 1 1 1 1 —

т, % А

100

80

¡7

! яо

800 900 1000 1100

в

700

800 900 1000 1100

Рис. 3. Спектр 1Ч-поглинання Si-пластин КЕФ-4,5 опромiнених радикальними

однозарядними молекулярними юнами N20+ , дозами см-2: а - 8'1016; б — 8,8'1015; в, г - 2,8'1017. Штрихована лiнiя — до вщпалу, суцiльна — пiсля вщпалу (а, б, в) — одноступеневий вщпал; г) багатоступеневий вiдпал (Е=195 кеВ)

Рис. 4. Спектр 1Ч-поглинання Si-пластин КЕФ-4,5 (100) опромiнених радикальними однозарядними молекулярними юнами ^0++ , дозами см-2: а - 1-1016; б - 41016; в, г - 1,4-1017. Штрихована лЫя - до вiдпалу, суцтьна - пiсля вiдпалу (а, б, в) - одноступеневий вщпал; г) багатоступеневий

вщпал (Е=390 кеВ)

г

а

в

г

Для порiвняння автором була проведена iмплан-тащя уже двозарядних радикальних юшв ^О++ при дозах в 2 рази менших, нiж для ^О+ рис. 4, б, але з енерпею в 2 рази б^ьшою, тобто при 380-400 кеВ [11].

Результати експерименту подаш на рис. 4, в. Як бачимо iз IЧ-спектрiв на даному рисунку, багатоза-рядна радикальна iмплантацiя iонiв ^О++ iз швид-ким фотонним ^мпульсним) вiдпалом при 1100 °С рис. 4, г протягом 1-3 с синтезуе високояюсний iзолю-ючий оксиштрид SiXOYNZ з коефiцiентами заломлен-ня п = 1,73-1,89, але на б^ьшш глибинi вщ поверхнi моно-5г пластин в порiвняннi з однозарядними моле-кулярними юнами N2O+ .

КТЛР для таких шарiв складае (3,2-3,5).10-6 град-1, що е дуже близьким до Si (310-6 град-1). Слiд звернути увагу на рiвень розтягуючих пружних напружень, яю вiдповiдають за гетернi властивост оксинiтридних плiвок, величина яких складае (80-120 ГПа) i теж можна змшювати цю величину за рахунок величини iмпульсного фотонного вiдпалу. При зб^ьшенш часу вiдпалу до 10-15 с величина пружних напружень зменшуеться.

Таким чином сформований захований оксиш-тридний шар виконуе двояку роль (як iзолюючий, так i гетеруючий) при формуванш субмжронних КН1 - структур [12]. Перевага дано! технологи полягае в тому, що ввдпадае необхщшсть в рекристалiзацii полiкремнiевого шару в моно - Si у водш, а формування iзолюючого та гетеруючого оксиштридного шару вiдбуваеться радикальною iмплантацiею N2O+, N2O++ з дозами < 3 1017см-3, якi не спричиняють ве-

лико! дефектност активних структур. Як бачимо така технолопя знижуе щну, як мiнiмум, на порядок, а ïï можна застосувати локально, формувати комбшоваш BiKMOH, КН1 структури.

5. Висновки

Розроблена технолопя багатозарядно! молекуляр-но! iонноï iмплантацiï, яка дозволяе при низькiй тем-пературi формувати якiснi шари монокремшю на iзо-ляторi SixOyNz (оксиштриду).

1. Переваги технологи DeleCut в порiвняннi з тех-нологiею SmartCut зв'язаш з використанням в ролi захованого дiелектрика термiчного оксиду на неопро-мiненiй пластинi. Це дозволяе уникнути його радiа-цiйного ушкодження.

2. Матерiал затвору, час життя основних носив заряду, стан базово! области товщина вiдсiчного шару моно-Si; напруга на протилежному затвор^ довжина каналу.

3. Розроблена технолопя формування КН1 структур з використанням багатозарядно! радикально! iмп-лантаци, що дозволяе як мжмум, на порядок знизити щну КН1 - структур та забезпечити !х високу якiсть.

4. Проведеш порiвняльнi аналiзи електрофь зичних параметрiв рiзних технологiй формування КН1 - структур для оптимального вибору топологи !х формування, якi показали, що даш технологiï дозво-ляють значно пришвидшити процес !х виготовлення i цим самим здешевити виробництво.

Лиература

1. Коледов, Я. А. Конструктированые и технология мжросхем. Курсовое проектирование [Текст]: учеб. пос. для вузов / Я. А. Коледив, В. А. Волков, Н. К. Докучаев; под ред. П. А. Коледова. - М.: Высшая школа, 1992 - 231 с.

2. Чистяков, Ю. Д. Технология СБИС [Текст]: в 2-х кн. / под ред. С. Зи; пер. с англ. Ю. Д. Чистякова. - М.: Мир, 1986. -Кн. 2. - 455 с.

3. Айнспрук, Н. У. Арсенид галлия в микроелектронике [Текст] / У. Уиссмен, У. Френсли, У. Дункан и др.; под ред. Н. Айнспру-ка, У. Уиссмена; пер. с англ. под. ред. В. Н. Мордковича. - М: Мир, 1988. - 554 с.

4. Ди Лоренцо, А. В. Полевие транзисторы на арсениде галлия. Принципы работи и технология изготовления [Текст] / под ред. А. В. Ди Лоренцо, Д. Д. Канделуола; пер с англ. под ред. Г. В. Петрова. - М.: Радио и связь, 1988. - 489 с.

5. Ватанаба, Н. Проектирование СБИС [Текст] / Н. Ватанаба, К. Асада, К. Кани, Т. Оцуки; пер с англ. под ред. Л. В. Поспелова. - М.: Мир, 1988. - 304 с.

6. Новосядлий, С. П. Суб-наномшрона технолопя структур В1С [Текст] / С. П. Новосядлий. - 1вано-Франгавськ: Мюто НВ, 2010. - 456 с.

7. Новосядлий, С. П. Ф1зико-технолопчш основи субмшронно! технологи В1С [Текст] / С. П. Новосядлий. - 1вано-Франгавськ: Омик, 2003. - С. 52-54.

8. Новосядлий, С. П. Рад1ацшна технолопя при формуванш, субмжронних структур В1С [Текст] / С. П. Новосядлий // Мета-лоф1зика 1 нов1тш технологи. - 2002. - № 7. - С. 1003-1013.

9. Новосядлий, С. П. Формування кремшевих ештаксшних структур для сумщених В1 - К - МОН 1 Д - МОН технологш В1С [Текст] / С. П. Новосядлий // Металоф1зика 1 новига технологи. - 2002. - Т. 24, № 3. - С. 353-365.

10. Березин, А. С. Технология конструирования ИС [Текст] / А. С. Березин, О. Р. Могалкин. - М.: Дис. - 1992. - 254 с.

11. Алексеенко А. Г. Основы микросхемотехники [Текст] / А. Г. Алексеенко. - М.: Лаб. баз знаний. - 2002. - 286 с.

12. Павлов, В. М. Схемотехника аналогових схем [Текст] / В. М. Павлов, В. М. Ночин. - М.:Гор.мик-техника. - 2001. - 320 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.