Главная Промышленная автоматика.


0,05 0,1

Глубина,МКМ

Рис. 17.7. Профили активных слоев при имплантации через слой 81зЫ4 толщиной 95 нм: 1 - п~ + п - для формирования диодов сдвига уровней и омических контактов; 2 - «-имплантация серы (переключающие диоды); 350 кэВ, 9 • ю ион .см"; 3 - и "-имплантация селена (канал ПТШ); 400 кэВ; 2 • ион-см"

рования под омическими контактами. Говоря о требовании высокого процента выхода годных структур БИС и СБИС, необходимо сделать замечание о существовании зависимости между улучшенными характеристиками, полученными в результате дополнительной операции имплантации, и уменьшением выхода годных структур. Результирующие профили концентрации легирующих примесей для обоих этапов имплантации (с типичными параметрами), выполняемых через пленку 81зЫ4, приведены на рис. 17.7. Пиковое значение концентраций профиля неглубокой имплантации (Se с энергией 400 кэВ) находится около поверхности GaAs вследствие того, что энергия поглощается при прохождении через слой Si3N4. Помимо сдвига максимального значения концентрации профиля примеси наблюдались небольшие флуктуации в результате прохождения имплантанта через тонкий диэлектрический слой. Вопреки теоретическим предсказаниям улучшенного легирования в результате "ударов" из 81зК4 в течение процесса ионной имплантации в полученных профилях этого обнаружено не бьшо, как и не обнаружено никакого сдвига пикового значения концентрации в профиле примеси Se из-за малого изменения толщины диэлектрика (толщина Si3N4 выдерживается с точностью ±2нм). Практически доказано, что метод имплантации через пленку 81зЫ4 является полностью пригодным для работы.

Как следует из рис. 17.6, 17.7, имплантация серы (и"*") обеспечивает более глубокий проводящий слой (примерно 400 нм), чем неглубокая (приблизительно 150 нм) имплантация п~ в канале ПТШ с низким пороговым напряжением ([/з(,.р£.--1 В).Слои,имплантированные серой, идеально подходят для быстродействуюпщх переключающих диодов, необходимых для ИС на ПТШи ДШ. Способы имплантации и- и и+ используются для диодов сдвига уровня и для улучшениялегирования под областями омических контактов. Профиль легирования серой является более глубоким, и результирующая концентрация носителей значительно ниже (активация составляет 30%), чем предсказанная и рассчитанная методом наименьших квадратов для этих энергии и дозы. Такие отличия являются неотъемлемой частью механизма диффузии через пленку. Низкая активация серы и относительно пологий профиль имплантации являются результатом обратной диффузии атомов серы к поверхности раздела GaAs и 81зЫ4 [13].



Рис. 17.8. Профили концентрации носителей для активных слоев при имплантации через слой Si ,N4

толщиной 92,5 нм; / - кремний, 160 кзВ, 2,4Х Ю" ион.см"; 2 -кремний, 300 КЭВ, 3,1Х10 ион-см"; крем-

ний, 340 КЭВ, 3,2X10 ион.см"; 4 - сера, 350 кэВ, 9Х10 ион-см" j 5 - селен, 400 кэВ, 2,2X10" ион.см" Применение легирующей примеси в транзисторах и диодах для ИС на ПТШ и ДШ; Нои GaAs ПТШ Переключающий диод Se Да Нет

S Нет Да

Si Да Да


Глу5ина, мкм

Продолжающееся развитие и усовершенствование планарной технологии БИС и оптимизация выхода годных структур привели недавно к исследованию использования Si в качестве дополнительного имплантанта наряду с Se и S. Оказывается, что из всего ряда ионов только Si может фактически служить В качестве "универсального" имплантанта п-типа для GaAs. Из рис. 17.8 следует, что профили, имплантированные Si, могут удовлетворить требованиям и ПТШ, и переключающих ДШ. Соответствующий выбор энергии и дозы приводит к обычно используемым профилям, аналогичным тем, которые получены для Se и S. Однако только замена профилей S и Se на профили Si не является выходом из положения. В случае профилей каналов GaAs ПТШ и в меньшей степени ДШ воспроизводимость является ключевым вопросом дальнейшего исследования. Возможно, что имплантация при комнатной температуре атомов Si может привести к меньшим нарушениям кристаллической решетки, чем в случае Se (комнатная температура имплантации желательна из-за использования фоторезиста в качестве маски) . Существует также возможность образования меньшего числа ионизированных в результате "ударов" атомов Si и N при имплантации через Si3N4 вследствие меньшей массы Si. Таким образом. Si может обеспечить даже лучшую воспроизводимость профилей легирования, чем Se и S. Однородность и воспроизводимость Si профилей легирования исследуются в современных работах по проектированию ИС. Уже проведены оценки планарных ИС, в которых ПТШ изготовлены с помощью имплантации Si, а не Se, а ДШ - с помощью имплантатщи Si, а не S.

Воспроизводимость и однородность параметров GaAs ИС зависит как от качества используемого полуизолирующего материала GaAs, так и от степени управления параметрами, доступного при данной технологии. Оба фактора, надо полагать, одинаково важны. Из анализа данных по воспроизводи-



-1-1--1-1 i i m I

jqI7 Профили легаробания : {wпластин! 400 кэв,%г - 2,Z-W ион-ск-

Глубина [уровень /о") ii=21ZJ нм,б=б,4 нм

Гистограмма напряжений обеднения слоев до уровня WL

- Uj=l,OSS -6U. = D,11B

0 0,5 / 1.5 Напряжение обеднения, В

i. I 1 i i iii--

0,0!


Рис. 17.9. Профили легарования, полученные имплантацией в полуизолирующий GaAs через тонкий слой Si, N4 (110 нм), все пластины изготовлены из одного слитка G101-17C

Глувина, мкм

мости за последние три года стало ясно, что изменение профиля легирования возникало в значительной степени из-за незначитель-

юУгг.---i V.-- " д1г НЫХ различий в полуизолирующих

подложках GaAs. Воспроизводимость профиля является отличной, если сравниваются профили на пластинах, изготовленных из одного слитка GaAs. Группа профилей, имплантированных малой дозой Se, показана на рис. 17.9. Они получены на пластинах, взятых с шестнадцати различных срезов одного слитка GaAs. Среднее квадратическое отклонение напряжений, необходимых для обеднения слоя с концентрацией Ю* см", составляет 0,11 В при среднем квадратическом обеспечении глубины профиля 6,4 нм (измеренного по уровню Ю*" см"). Изменение напряжения отсечки GaAs ПТШ от пластины к пластине, как ожидается, будет таким же, как изменение напряжения обеднения, измеренное на этих профилях по волы-фарадным характеристикам.

Так как ИС, изготовленные из одного слитка, дают хорошую воспроизводимость проф1шя легирования, на практике незначительно корректируют дозу имплантации дая ;шквидации небольших различий между различными слитками. Тестовые профили, измеренные на части материала для ИС, дают информа1Шю. используемую для уточнения дозы имплантированной примеси для каждою аштка. Таким образом, достигнута хорошая воспроизводимость профиля летирования Д1ш различных технологических процессов при использовании пластин различных слитков GaAs. Хотя этот метод и поддается управлению, массовое изготовление БИС потребует значительно большего постоянства параметров материала GaAs (например, подложек), чем те, которые получены методом осаждения из жидкой фазы.

Наиболее критичным требованием для БИС и СБИС является однородность характеристик элементов на одной пластине. Как видно из предварительных обсуждений, самым трудным с точки зрения получения является неглубокий, слабо легированный высокоомпый п "слой катгала ПТШ йог





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 [131] 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0036