ФОРМИРОВАНИЕ ВОДОРОДНО-ИНДУЦИРОВАННЫХ ДЕФЕКТОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЯХ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

Содержание

Слайд 2

Создание структур кремний-на-изоляторе

Перспективность использования структур кремний-на-изоляторе (КНИ) в микроэлектронике

Использование для построения

Создание структур кремний-на-изоляторе Перспективность использования структур кремний-на-изоляторе (КНИ) в микроэлектронике Использование для
аппаратуры с высокой стойкостью к радиационным излучениям, в особенности к воздействию излучения с большой мощностью дозы
Диэлектрическая развязка в КНИ приборах препятствует паразитному взаимодействию элементов, групп элементов и подложки, уменьшает число паразитных элементов и приводит к резкому повышению радиационной стойкости к импульсным воздействиям, тепло- и помехоустойчивости схем
Развитие КНИ технологий дает начало и созданию высокотемпературных ИС (до 350°С), схем силовой электроники, открывает принципиальные возможности разработки схем трехмерной интеграции
Перевод производства традиционных БИС и СБИС массового применения на современные КНИ структуры делает его в 1,5-2 раза более рентабельным, чем производство тех же СБИС на основе подложек монокристаллического кремния. Упрощается конструкция элементов КМОП и КБиКМОП ИС (упраздняются глубокие карманы и разделительные p-n переходы). В результате упрощения конструкции элементов ИС на 30% уменьшается площадь чипов и, соответственно, увеличивается примерно на 30% количество чипов на пластине

Слайд 3

Формирование КНИ-пластин методом smart-cut

1. Отбор пластин
{100} КДБ - 12 ЕТО.035.206ТУ
отклонение

Формирование КНИ-пластин методом smart-cut 1. Отбор пластин {100} КДБ - 12 ЕТО.035.206ТУ
от плоскостности < 9 мкм
прогиб < 40 мкм
2. Создание структур SiO2/Si
температуры термообработки 800-1100 °С
среда термообработок сухой O2, O2+Н2O
толщины окисла на пластинах 20-300 нм
3. Ионная имплантация
ионы H2+
дозы имплантации 4-5x1016 ион/см2
ток в пучке 500-600 мкА
энергия 80-100 кэВ
температура 50 °C

Создание структур кремний-на-изоляторе

Слайд 4

4. Очистка поверхностей и соединение пластин
Комбинированный метод подготовки гидрофильных поверхностей пластин

4. Очистка поверхностей и соединение пластин Комбинированный метод подготовки гидрофильных поверхностей пластин
- сочетание процедур плазменной обработки, химической и гидромеханической очистки
Отработана оригинальная методика подготовки химически чистых оксидированных поверхностей пластин с высокой степенью гидрофильности
Контроль качества связывания осуществлялся на просвет в ближнем ИК-диапазоне электромагнитного излучения.
5. Термообработки
Низкотемпературный отжиг 80-200 °С, до 24 часов
Скол по дефектному слою 400-550 °С, 5-60 минут
Финишный отжиг 800-1100 °С,
30-120 минут

Формирование КНИ-пластин методом smart-cut

Создание структур кремний-на-изоляторе

Слайд 5

Рисунок 1 — ПЭМ фотографии дефектного слоя после имплантации ионов водорода (А)

Рисунок 1 — ПЭМ фотографии дефектного слоя после имплантации ионов водорода (А)
и отжига при 450 °С: 5 минут (Б) и 10 минут (В)

Создание структур кремний-на-изоляторе

Рисунок 2 — ПЭМ фотография сечения КНИ-пластины (А) и ОЖЕ-профиль элементного состава (Б)

Слайд 6

Формирование КНИ-структур

Формирование КНИ-пластин методом smart-cut

Рисунок 3 — Светлопольное ПЭМ – изображение структуры

Формирование КНИ-структур Формирование КНИ-пластин методом smart-cut Рисунок 3 — Светлопольное ПЭМ –
поперечного сечения КНИ-пластины и картины электронной дифракции от верхнего кристаллического слоя и аморфного захороненного оксидного слоя

Слайд 7

Формирование КНИ-структур

Формирование КНИ-пластин методом smart-cut

Рисунок 4 — Случайные и каналированные спектры РОР

Формирование КНИ-структур Формирование КНИ-пластин методом smart-cut Рисунок 4 — Случайные и каналированные
от КНИ-пластин:
А – Si(0,22 мкм)/SiO2(0,18 мкм)/Si, Б – Si(0,35 мкм)/SiO2(0,18 мкм)/Si

Слайд 8

Формирование КНИ-структур

Формирование КНИ-пластин методом smart-cut

Рисунок 5 — Топография и профили шероховатости поверхности

Формирование КНИ-структур Формирование КНИ-пластин методом smart-cut Рисунок 5 — Топография и профили
КНИ-пластины (метод АСМ)
Si(0,35 мкм)/SiO2(0,18 мкм)/Si
Режимы термообработки:
1. 80 °С, 2 ч.; 120 °С, 1 ч
2. 500 °С, 30 минут
3. 1050 °С, 30 минут

Слайд 9

Применение КНИ структур

Объемный кремний

Тонкопленочная КНИ структура

Рисунок 6 — Использование КНИ структур позволяет

Применение КНИ структур Объемный кремний Тонкопленочная КНИ структура Рисунок 6 — Использование
упростить технологический процесс - отсутствуют этапы литографии, легирования и диффузии для создания p-кармана

КМОП Инвертор

Простой технологический процесс

Слайд 10

Применение КНИ структур

Объемный кремний

Тонкопленочная КНИ-структура

Рисунок 7 — Уменьшение паразитных емкостей

При использовании КНИ

Применение КНИ структур Объемный кремний Тонкопленочная КНИ-структура Рисунок 7 — Уменьшение паразитных
структур:
Отсутствие паразитных емкостей между областями истока, стока и подложки;
Отсутствие паразитной PNPN-тиристорной структуры

Слайд 11

Применение КНИ структур

Рисунок 8 — Формирование трека при попадании энергетической частицы

Высокая радиационная

Применение КНИ структур Рисунок 8 — Формирование трека при попадании энергетической частицы
стойкость КНИ структур

Слайд 12

Применение КНИ структур

Рисунок 9 — Использование методики КНИ в SiGe - технологии

1

2

3

4

Применение КНИ структур Рисунок 9 — Использование методики КНИ в SiGe -

Слайд 13

Формирование внутреннего геттера

Рисунок 10 — Светлопольные ПЭМ изображения в поперечном сечении структуры

Формирование внутреннего геттера Рисунок 10 — Светлопольные ПЭМ изображения в поперечном сечении
внутреннего дефектного слоя в кремнии после имплантации (140 кэВ, 1016 см–2) ионов водорода (А) и последующего термического отжига: Б – 800 °С, 5 минут; В – 900 °С, 15 минут

Слайд 14

Формирование внутреннего геттера

Формирование внутреннего геттера

Слайд 15

Формирование внутреннего геттера

Рисунок 11 — Зависимость высокочастотной проводимости от глубины в обратносмещенных

Формирование внутреннего геттера Рисунок 11 — Зависимость высокочастотной проводимости от глубины в
диодах Шоттки в Si без (1) и с внутренним геттером (2–4), полученным имплантацией ионов водорода (215 кэВ, 2,5×1016 см–2) и последующим термическим отжигом: 2 – 900 °С, 5 минут; 3 – 1000 °С, 5 минут; 4 – 800 °С, 30 минут

Слайд 16

Формирование внутреннего геттера

Рисунок 12 — Зависимость времени жизни неосновных носителей заряда от

Формирование внутреннего геттера Рисунок 12 — Зависимость времени жизни неосновных носителей заряда
плотности тока обратносмещенного диода Шоттки в Si без (1) и с внутренним геттером (2–4), полученным имплантацией ионов водорода (215 кэВ, 2,5×1016 см–2) и последующим термическим отжигом: 2 – 900 °С, 5 минут; 3 – 1000 °С, 5 минут; 4 – 800 °С, 30 минут

Слайд 17

Формирование внутреннего геттера

Рисунок 13 — DLTS спектры тестовых диодов Шоттки в образцах

Формирование внутреннего геттера Рисунок 13 — DLTS спектры тестовых диодов Шоттки в
без (1) и с внутренним геттером (2–4), полученным имплантацией ионов водорода (215 кэВ, 2,5×1016 см–2) и последующим термическим отжигом: 2 – 900 °С, 5 минут; 3 – 1000 °С, 5 минут; 4 – 800 °С, 30 минут

Слайд 18

Полиэнергетическая ионная имплантация

Результирующий профиль распределения примеси при многократной имплантации ионов можно представить

Полиэнергетическая ионная имплантация Результирующий профиль распределения примеси при многократной имплантации ионов можно
как суперпозицию профилей, полученных на отдельных этапах внедрения:

Разработана физико-математическая модель и программное обеспечение, позволяющие исходя из заданной формы профиля распределения имплантированных ионов или радиационных дефектов по глубине мишени рассчитать технологические параметры (энергии и дозы) ионной имплантации.

где N(x) — результирующая концентрация вакансий; i — количество имплантаций; Di — доза облучения ионами с энергией Ei . Функция n0(x, E) описывает распределение по глубине внедренных ионов, созданных моноэнергетическим ионным пучком. В случае непрерывного изменения энергии:

Здесь g(E) — распределение дозы облучения по энергии. Относительно искомой функции g(E) выражение для N(x) представляет собой уравнение Фредгольма первого рода. Для решения данного уравнения используется метод регуляризации: исходя из условия минимума сглаживающего функционала, задача сводится к уравнению Фредгольма второго рода, сеточным аналогом которого является система линейных уравнений:

где Kik = K(Ei, Ek) — интеграл перекрытия функций распределения n0(Ei) и n0(Ek); Wi — интеграл перекрытия моноэнергетического профиля n0(Ei) и заданного профиля N(x); Ak — веса интегрирования; α — параметр регуляризации. Система решается методом Гаусса. Дискретные дозы определяются интегрированием непрерывного спектра в выбранных энергетических диапазонах.

Слайд 19

Полиэнергетическая ионная имплантация

Расчеты проводились исходя из условия минимизации интегрального отклонения полученных с

Полиэнергетическая ионная имплантация Расчеты проводились исходя из условия минимизации интегрального отклонения полученных
помощью полиэнергетической имплантации ионов H+ в GaAs распределений вакансий от NV = 2,5×1019 см–3 на глубине до 4 мкм. Рассчитанные энергии и дозы ионов H+ представлены в таблице:

Рисунок 14 — Рассчитанное распределение вакансий в GaAs в результате имплантации ионов Н+ с 5 энергиями.

Для получения изоляции требуемого качества в полупроводнике А3В5 необходимо создать равномерное по толщине эпитаксиального слоя распределение дефектов структуры

Слайд 20

Полиэнергетическая ионная имплантация

Рисунок 15 — Структура для оценки качества изоляции

Полиэнергетическая ионная имплантация Рисунок 15 — Структура для оценки качества изоляции

Слайд 21

Полиэнергетическая ионная имплантация

Рисунок 16 — Зависимость слоевого сопротивления от температуры отжига, измеренная

Полиэнергетическая ионная имплантация Рисунок 16 — Зависимость слоевого сопротивления от температуры отжига,
при различных частотах переменного тока и при постоянном токе

Увеличение проводимости с ростом частоты является признаком наличия прыжковой проводимости.
При увеличении температуры отжига прыжковая проводимость подавляется, при температуре более 380 °С зонный механизм проводимости становится основным, а роль прыжкового механизма снижается, что соответствует отжигу радиационных дефектов.
Отжиг при температурах 250-300 °С стабилизирует температурную зависимость проводимости в интервале рабочих температур интегральных схем (-50..+100 °С)

Слайд 22

РОР-анализ наноразмерных структур

Рисунок 17 — Энергетический спектр РОР протонов с энергией 214

РОР-анализ наноразмерных структур Рисунок 17 — Энергетический спектр РОР протонов с энергией
кэВ в отожженном образце (а) и рассчитанный по нему профиль распределения по глубине атомов мышьяка в кремнии (б)

Образцы кремния облучались ионами мышьяка с энергией 32 кэВ и дозой 1×1015 см–2, затем термически окислялись (оценочная толщина SiO2 — 4 нм) и подвергались быстрому термическому отжигу в течение 10 секунд при 1050 °C. На профиле виден острый пик с максимумом на глубине около 6 нм, отсутствовавший до отжига. Рассчитанное слоевое содержание мышьяка в образце с точностью не хуже 10% соответствует дозе легирования.

Имя файла: ФОРМИРОВАНИЕ-ВОДОРОДНО-ИНДУЦИРОВАННЫХ-ДЕФЕКТОВ-И-ИХ-ПРИМЕНЕНИЕ-В-ТЕХНОЛОГИЯХ-МИКРО--И-ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ.pptx
Количество просмотров: 135
Количество скачиваний: 1