Разработка физико-технологических методов создания бездислокационных легированных слоев кремния и моделирование переходных процессов на границах раздела структур субмикронных интегральных микросхем : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель В. Б. Оджаев

Abstract

Объект исследования – кремниевые диоды с p+–n-переходом – исходные и облученные высокоэнергетическими ионами; имплантированный ионами монокристаллический кремний, КМОП структуры. Цель настоящего комплексного проекта - разработка новых физических, технологических и конструктивно-схемотехнических принципов формирования легированных областей для субмикронных полупроводниковых приборов, обеспечивающая повышение их структурного совершенства, надежности, помехоустойчивости, быстродействия, расширения температурного интервала работы. Методы исследования – измерение электрофизических параметров, численные расчеты метод Ван-дер-Пау, электронная просвечивающая микроскопия, двухкристальный рентгеновский спектрометр. В результате проведенных исследований показано, что при облучении кремниевых p+–n-диодов ионами криптона с энергией 250 МэВ помимо А-центров и дивакансиий формируются многовакансионные комплексы, глубина залегания энергетического уровня которых составляет ~0,5 эВ. Обнаружено, что изолированные А-центры и дивакансии вводятся, как правило, в начале проекционного пробега ионов. В конце проекционного пробега они образуют скопления. Показано, что уменьшение энергии облучения ионами гелия с 9 МэВ до 4 МэВ приводит к более значительным изменениям как частотных зависимостей импеданса Z'(f), так и годографов комплексного электрического модуля, что связано со значительным вкладом в формирование частотной зависимости импеданса при f < 1 кГц радиационных дефектов, локализованных в области пространственного заряда. Установлено, что зависимости тангенса угла диэлектрических потерь tgδ от напряжения обратного смещения Ur для кремниевых p+–n-диодов, облученных ионами ксенона c энергией 170 МэВ и/или висмута с энергией 700 МэВ, немонотонны. Показано также, что двойная имплантация приводит к значительному росту потерь в интервале частот f от 2104 до 3105 Гц и отчетливому проявлению максимума tg(f) в окрестности f = 107 Гц, что отражает суммарное накопление дефектов в области пространственного заряда и поэтапное формирование сплошного радиационно-нарушенного слоя вне области пространственного заряда. Обнаружено, что на вольт-амперных характеристиках диодов, облученных ионами критона с энергией 107 МэВ флюенсом 109 см–2 наблюдается участок с отрицательным диференциальным сопротивлением, появление которого вызвано инжекцией в сплошной радиационно-нарушенный слой дырок из p+–Si, и электронов из n–Si. Разработаны и изготовлены макеты быстродействующих кремниевых p+n-диодов. Установлено, что формирование сплошного радиационно-нарушенного слоя при им-плантации ионов золота с энергией 8,6 МэВ/нуклон и дозой 109 см-2 позволяет уменьшить время восстановления обратного сопротивления макетов диодов, изготовленных на пластинах КОФ-90, на два порядка. Разработан метод создания слоя пористого кремния в качестве геттера неконтролируемых примесей путем имплантации ионов сурьмы и последующих термообработок. В слоях с геттером время жизни неравновесных носителей заряда в кремнии увеличивается в 3-4 раза. Полная электрическая активация совместно имплантированных примесей Р и Sb для компенсации упругих напряжений несоответствия в слоях кремния достигается только при высокотемпературной (1220 °C) термообработке. Показано, что физико-механические свойства монокристаллического кремния, пленок диоксида кремния и ионно-имплантированных слоев кремния при формировании и отжиге данных материалов определяются процессами дефектно-примесного взаимодействия с участием вакансий, собственных междоузельных атомов и примесных атомов кислорода. Установлена корреляция между электрическим сопротивлением подзатворного диэлектрика и эксплуатационными параметрами n-МОП транзисторов. Определены оптимальные режимы легирования базы и эмиттера n-p-n-транзистора с точки зрения получения необходимых значений прямого коэффициента усиления по току при минимальном количестве процессов БТО.