Взаимодействие примеси сурьмы с протяженными дефектами в кремнии Садовский П.К. 1), Челядинский А.Р. 1), Оджаев В.Б. 1), Тарасик М.И. 1), Турцевич А.С. 2), Васильев Ю.Б. 2) 1) Белорусский государственный университет, 2) ОАО «Интеграл», «Материалы и структуры современной электроники 2012»

2 Геттерирование в кремнии является важнейшим процессом в микроэлектронном производстве. Одними из наиболее эффективных геттеров в кремнии являются слои пористого кремния. Они создаются на нерабочей стороне пластины путем имплантации ионов Н + [1] либо He + [2] дозами – см -2 и последующих термообработок, обеспечивающих образование микро полостей. ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.Wong-Leung, J. Gettering of copper to hydrogen-induced cavities in silicon / J. Wong-Leung [et al.] // Appl. Phys. Lett V. 66, 10. P Myers, S. M. Binding of cobalt and iron to cavities in silicon / S. M. Myers, G. A. Petersen, C. H. Seager // J. Appl. Phys V. 80, 7. P. 726.

3 В работе [3] показана возможность формирования геттера в виде слоя пористого кремния путем имплантации примеси сурьмы и термических отжигов. При этом формируется слой микро полостей на нерабочей стороне пластины. В отличие от He + и H +, примесь сурьмы после термообработок остается в слое кремния с геттером. ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 3. Садовский, П. К. Формирование геттерирующих слоев в кремнии имплантацией ионов сурьмы: сб. тезисов 9-й международной конференции «Кремний-2012» / П. К. Садовский [и др.]. 9–13 июля Санкт-Петербург С. 198.

4 ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучение взаимодействия примеси сурьмы с геттерирующими слоями в кремнии, созданными ионной имплантацией электрически активной примеси.

5 Работа выполняется в рамках программы «Электроника» совместно с ОАО «Интеграл». Исследование направлено на совершенствование технологических процессов создания полупроводниковых приборов и схем. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

6 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) Измерение эффекта Холла по методике Ван-дер-Пау Вторичная ионная масс-спектрометрия

7 СОЗДАНИЕ ГЕТТЕРИРУЮЩЕГО СЛОЯ Создание геттерирующего слоя кремния путем ионной имплантации примеси сурьмы и последующими термическими обработками. Рис.1. Микрофотография ПЭМ кремния, имплантированного ионами Sb + с энергией 60 кэВ, доза 2, см -2, отжиг при температуре 850 ˚С в течение 30 минут Рис.2. Микрофотография ПЭМ кремния, имплантированного ионами Sb + с энергией 60 кэВ, доза 2, см -2, отжиг при температуре 850 ˚С в течение 30 минут и затем при температуре 1220˚С в течение 4 часов

8 СОЗДАНИЕ ГЕТТЕРИРУЮЩЕГО СЛОЯ Увеличение времени жизни н.н.з. в 3 раза с 4-5 мкс до мкс Увеличение коэффициента усиления β биполярных транзисторов на 20% Увеличение выхода годных изделий с пластины на 15%

9 ИССЛЕДОВАННЫЕ ОБРАЗЦЫ, п.п. Доза Sb +, см -2 Режим отжига 012,4850С 30 мин О С 4 ч N С 30 мин N 2 022,4850С 30 мин О С 4 ч N С 30 мин N 2 032,4850С 30 мин О С 4 ч N С 30 мин N 2 042,4850С 30 мин О С 4 ч N С 30 мин N 2 052,4850С 30 мин О С 4 ч N 2, контрольный Пластины кремния p-типа с удельным сопротивлением ρ 0 = 10 Ωсм. Энергия имплантации Sb кэВ

10 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Электрическая активация примеси сурьмы в кремнии. Рис. 3. Электрическая активация примеси Sb в кремнии после изохронных отжигов в течение 30 минут, D Sb = 2, см -2 Рис. 4. Профили сурьмы в кремнии (дозы 2, см -2 и см -2 ) после отжига при Т = 1220°C и t = 4 ч

11 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Электрическая активация примеси сурьмы в кремнии. Рис. 5. График Аррениуса Энергия активации процесса перехода примеси сурьмы в электрически неактивное состояние составила ~ эВ. Энергия активации диффузии примеси сурьмы в кремнии составляет ~ 3.7 эВ.

12 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 4. Akiyama T. Multivacancy and Its Hydrogen Decoration in Crystalline Si. / T. Akiyama, Y. Okamoto, M. Saito, A. Oshiyama. // Jpn. J. Appl. Phys V. 38. P. L1363. Рис.6. Поле упругих напряжений вокруг микро полостей в кремнии [4] Деактивация примеси сурьмы при температуре 1000 °C, когда ее концентрация ниже предела растворимости, может объясняться захватом атомов Sb на оборванные связи микропустот. Уменьшение энергии активации миграции атомов сурьмы к поверхности микро полостей может быть связано с воздействием на атомы примеси поля упругих деформации решетки кремния, образующиеся вокруг микропустот (рис. 6).

13 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Из полученных результатов следует, что атомы сурьмы при термообработках при 800–1000 о С взаимодействуют с микропустотами пористого кремния, созданного имплантацией ионов сурьмы и последующих термообработок. Энергия активация процесса электрической деактивации сурьмы оказалась ниже энергии активации диффузии сурьмы в кремнии, что связывается с влиянием на процесс диффузии полей упругих деформаций вокруг микропустот.

14 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!