Субмикронные интегральные схемы: элементная база и проектирование. Рындин Е.А - 10 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТТИ ЮФУ | Таганрог

Составители: 

Рубрика: 

19
планарном реакторе может быть реализована любая комбинация данных методов, в
зависимости от требований, предъявляемых к анизотропии, избирательности и ско-
рости процесса травления.
Главным достоинством установок планарного типа является высокая анизо-
тропия травления, обусловленная следующими причинами:
1) электрическое поле ускоряет заряженные частицы в направлении, перпендику-
лярном поверхности пластины;
2) наблюдается распыление в результате взаимодействия поверхности образца с
ионами.
1.1.4. Технология быстрой термической обработки
При изготовлении СБИС одним из основных методов легирования полупро-
водниковых пластин является ионная имплантация, поскольку по сравнению с диф-
фузией она предполагает большие возможности по формированию мелких легиро-
ванных слоев с заданным профилем концентрации примесей, позволяет получить
более четкие края легированных областей, вводить примеси в концентрациях, пре-
вышающих предел растворимости, при сравнительно низких температурах (500 -
800
о
С) [25].
Основными недостатками ионной имплантации являются размещение боль-
шинства атомов примеси не в узлах кристаллической решетки, а в междоузлиях, а
также высокая концентрация дефектов поверхности пластин, что требует проведе-
ния после имплантации термического отжига с целью активации атомов примеси и
устранения дефектов.
Исторически первым методом термического отжига было выдерживание обра-
батываемых пластин в печи при температуре порядка 1000
о
С в течение 30 мин и
более. Это позволяло лишь частично достичь требуемой цели и при этом приводило
к значительной разгонке примесей, что отрицательно влияло на характеристики по-
лупроводниковых компонентов и ограничивало степень их миниатюризации, а так-
же приводило к появлению загрязнений поверхности и дополнительных деформа-
ций пластин, связанных с достаточно длительной термообработкой. По мере сокра-
щения минимальных размеров структур и повышения степени интеграции перечис-
ленные недостатки стали приводить к значительному снижению выхода годных
кристаллов. Поэтому в современной технологии СБИС широко используются мето-
ды быстрого термического отжига (БТО) с помощью импульсных газоразрядных
ламп, обработки поверхности пластины электронным пучком и обработки лучом
лазера [23, 25].
Суть методов БТО состоит в мощной термической обработке поверхности
пластины в течение очень короткого времени. При этом активация атомов примесей
и устранение дефектов происходят практически без заметной разгонки, то есть про-
20
филь концентрации примесей сохраняется, что очень важно при производстве
СБИС.
Метод лазерного отжига был разработан в СССР в 1974 году. Он обладает ря-
дом важных достоинств:
1) возможность строго контролировать обрабатываемую область пластины;
2) возможность управлять глубиной залегания легирующей примеси посредством
изменения длительности и интенсивности импульсов лазерного излучения;
3) отсутствие дополнительных нарушений кристаллической структуры в объеме
пластины, так как локально нагреваются лишь приповерхностные области;
4) вследствие большой скорости лазерного отжига устраняется необходимость его
проведения в вакууме или специальной инертной среде для предотвращения
окисления или загрязнений.
В зависимости от типа используемой лазерной установки отличают импульс-
ный и непрерывный режим обработки.
Твердотельные лазеры используются в импульсном режиме. Длительность
импульсов находится в пределах 10 - 100 нс, плотность падающей на поверхность
энергии составляет 0,5 - 10 Дж/см
2
. При этом происходит локальное расплавление
поверхностного слоя и последующая рекристаллизация. Время существования рас-
плава составляет около 700 нс. Коэффициент диффузии типичных примесей в рас-
плаве возрастает с 10
-13
- 10
-14
см
2
/с до 10
-4
- 10
-3
см
2
/с. Диффузионная длина приме-
сей в данном случае не превышает десятков нм, т.е. профиль концентрации примеси
при лазерной обработке изменяется незначительно.
Короткое время существования расплава обусловливает еще одно важное ка-
чество лазерного отжига - не происходит выпадения примеси в том случае, когда ее
концентрация превышает предел растворимости [23].
В промышленных установках, работающих в импульсном режиме, использу-
ют рубиновые или стеклонеодимовые лазеры.
При использовании лазерного отжига в непрерывном режиме (аргоновый ла-
зер или СО
2
-лазер) лазерный луч непрерывно сканирует по поверхности пластины
со скоростью, достаточной для нагрева поверхности до температуры несколько ни-
же точки плавления. В этом случае, так же как и в импульсном режиме, происходит
полное восстановление кристаллической структуры и активация атомов примесей.
Но, поскольку плавления не происходит, перераспределение легирующих примесей
практически отсутствует и кристалл сохраняет профиль и высокий уровень легиро-
вания, что чрезвычайно важно при формировании структур СБИС.
Скорость сканирования в непрерывном режиме находится в интервале 0,5 -
10 см/с. Типовая величина потока энергии составляет 200 Дж/см
2
. В данном режиме
подложку обычно подогревают до 200 - 400
о
С для уменьшения термических напря-
жений.
Поскольку лазерный отжиг осуществляется при помощи сканирования сфо-
кусированного луча, для обработки всей пластины требуется определенное время.

Страницы