СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОСОВЕРШЕННЫХ КРЕМНИЕВЫХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР СО СКРЫТЫМИ n-СЛОЯМИ Российский патент 2005 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к области микроэлектроники и касается, в частности, процессов формирования кремниевых эпитаксиальных структур со скрытыми n+ - слоями (КЭСС).

Известны способы формирования кремниевых эпитаксиальных структур со скрытыми слоями (КЭСС) (1-5), в которых для получения n⁺ - слоя с необходимыми электрофизическими параметрами полупроводниковые подложки после имплантации активной примеси (мышьяк или сурьма) подвергают высокотемпературным отжигам, бомбардируют ионами молекул, состоящих из атомов активной и неактивной примеси (1), или проводят дополнительных процесс ионной имплантации перед эпитаксиальным наращиванием для устранения и геттерирования дефектов (2,3,4), или полупроводниковую подложку после имплантации основной примеси подвергают предварительному отжигу при температуре Т=500-1100°С, облучают неактивными заряженными частицами (протонами, ионами гелия, неона или электронами либо гамма или бетта лучами) и проводят процесс радиационно-стимулированной диффузии для окончательного перераспределения внедренной примеси (5).

Основными недостатками известных способов формирования кремниевых подложек для эпитаксии являются необходимость повторной радиационной обработки и/ или высокотемпературного отжига пластин перед проведением процесса наращивания эпитаксиальной пленки.

Из известных способов формирования эпитаксиальных структур наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления кремниевых эпитаксиальных структур со скрытым n+ - слоем, легированным мышьяком или сурьмой методом ионной имплантации (6).

В этом способе после проведения процесса имплантации сурьмы или мышьяка дозой Д=3·10¹⁵ см^-2 с Е=150 кэВ и операций, необходимых для локализации участков n+ - слоя, кремниевые пластины подвергают высокотемпературной обработке при Т=1250-1270°С в течение времени t=5-7 часов в среде сухого кислорода. Во время высокотемпературной обработки происходит отжиг радиационных дефектов, образованных во время имплантации, восстановление кристаллической структуры исходной подложки и перераспределение имплантированной примеси.

После этого на этой подложке со сформированными n+ - слоями выращивается эпитаксиальная пленка.

Недостатком данного способа формирования подложки для эпитаксии является то, что в процессе ионной имплантации сурьмы или мышьяка происходит аморфизация приповерхностного слоя подложки, а при проведении высокотемпературной обработки наряду с отжигом радиационных дефектов и восстановлением кристаллической решетки из аморфного слоя происходит образование дефектов упаковки окисления, дислокации и генерация дислокационных линий скольжения по периферии кремниевых пластин, что существенно ухудшает степень кристаллографического совершенства подложек и выращенных на них эпитаксиальных пленок.

Целью изобретения является получение высокосовершенных кремниевых ионно-легированных структур (КИЛС).

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом способе формирования кремниевых эпитаксиальных структур со скрытым n+ - слоем, включающим операции окисления и фотолитографии для локализации n+ - областей, ионной имплантации, диффузионного перераспределения внедренной примеси, снятия термического окисла и эпитаксиального наращивания, согласно изобретению, ионную имплантацию сурьмы (Sb) проводят в режимах с энергией Е=60-100кэВ, дозой Д=2,5·10¹⁵ см^-2 -1,25·10¹⁶ см^-2 (Д=400 -2000 мк Кл/см²) и плотностью ионного тока при сканировании jск=6-15мкА/см², которые обеспечивают ионно-стимулированную кристаллизацию приповерхностного аморфного слоя, а последующее перераспределение внедренной примеси с одновременным формированием микрорельефа на поверхности КИЛС проводят при температуре Т=1220°C в течение времени t=120-900 мин, причем сначала в течение первых 120-300 минут в среде сухого кислорода, а далее в газовой смеси сухого азота, содержащего 5-15% сухого кислорода.

Новизна способа состоит в том, что путем выбора параметров процесса имплантации сурьмы обеспечиваются условия для протекания ионно-стимулированной кристаллизации (рекристаллизации) аморфного слоя, который неизбежно создается на поверхности кремниевой пластины в начале процесса внедрения высокоэнергетичных ионов.

Суть механизма этой кристаллизации заключается в том, что при торможении ионов образуются возбужденные области -термические пики, внутри которых создаются высокие температуры и давления. Если термический пик попадает на границу раздела аморфный слой -монокристаллическая подложка, то возбуждению подвергаются как атомы подложки, так и атомы аморфного слоя. При охлаждении на ориентирующей матрице пик кристаллизуется как единое целое, захватывая при этом часть аморфного материала. Для протекания ионно-стимулированной кристаллизации необходимо выполнение 2-х условий: 1) попадание термических пиков на границу аморфный слой-монокристалл и 2) повышенная температура подложки для предотвращения повторной аморфизации высокоэнергетическими ионами. Эффект восстановления кристаллической решетки при легировании большими дозами (т.е. дозами, существенно превышающими дозу аморфизации) обуславливается тем, что при длительном облучении подложки большой плотностью ионного тока мишень разогревается и вслед за аморфизацией (доза аморфизации кремния при имплантации сурьмы Ф_аморф.=1,25·10¹⁴ см^-2) начинается рекристаллизация. Нагрев пластины и глубина проникновения ионов зависят от условий имплантации (энергии Е, дозы Д, плотности тока J_ск), подбирая которые можно выполнить оба необходимые условия для протекания ионно-стимулированной кристаллизации.

Проведение ионной имплантации сурьмы (Sb) с энергией Е=60-100 кэВ и дозой
Д=2,5·10¹⁵ - 1,25·10¹⁶ ион/см² (Д=400-2000 мк Кл/см²) для создания сильно легированного n+ - слоя является существенным признаком, т.к. в его отсутствие невозможно внедрить ионы примеси в подложку (кремниевую пластину).

Наличие этого признака позволяет имплантировать (внедрить) достаточное количество ионов сурьмы на глубину 410-610 Å вглубь кремниевой пластины. При внедрении дозы около Ф_аморф.=1,25·10¹⁴ см^-2 (Д=20 мк Кл/см²), которая называется дозой аморфизации, приповерхностный слой кремния толщиной d=500-800 Å аморфизуется, т.е. кристаллическая решетка кремния разрушается и далее процесс имплантации ионов происходит уже в аморфный слой. Каждый последующий высокоэнергетический ион сурьмы при столкновениях с атомами подложки теряет энергию и мишень локально разогревается, тем самым создавая предпосылки для локальной рекристаллизации ранее созданного аморфного слоя, однако следующие внедренные ионы примеси вновь частично аморфизируют рекристаллизованный слой.

Оптимальными режимами ионной имплантации сурьмы при создании скрытых n+-слоев КЭСС являются: энергия Е=60-100 кэВ и доза имплантации Ф=2,5·10¹⁵ - 1,25·10¹⁶ см^-2 (Д=400-2000 мкКл/см²). Указанный диапазон режимов ионной имплантации сурьмы обычно используется для формирования n+ - слоев, электрофизические параметры которых находятся в пределах: поверхностное сопротивление R_пов.=10-45 Ом/квадрат и глубина залегания n+ - слоя X_j=2,0-10,0 мкм.

Если энергия имплантации будет меньше Е < 60 кэВ, то в связи с малой энергией ионов термические пики, возникающие при торможении ионов, будут недостаточными для рекристаллизации аморфного слоя. Кроме того, малая энергия имплантации приводит к уменьшению плотности ионного тока и увеличению времени легирования.

Верхний предел энергии имплантации в первую очередь связан с техническими характеристиками используемых имплантеров. Кроме того, энергию Е > 100 кэВ использовать нецелесообразно, т.к. при этом возрастает толщина аморфного слоя примерно до d_аморф=800-1000 Å и ухудшаются условия протекания процесса рекристаллизации.

Если доза имплантации ионов сурьмы будет меньше Ф < 2,5·10¹⁵ см^-2 (Д<400 мкКл/см²), то эффект рекристаллизации выражен слабо. В интервале доз Ф=1,25·10¹⁴ - 2,5·10 см^-2 интенсивность процесса аморфизации превышает интенсивность процесса ионно-стимулированной кристаллизации (рекристаллизации).

Если доза имплантации ионов сурьмы будет больше Ф > 1,25·10¹⁶ см^-2, то существенную роль играют эффекты ионного распыления атомов кремния и имплантированных ионов с поверхности мишени, что приводит к неоднородности слоевого сопротивления и дефекту «окрашенных полос», расположение которых хорошо коррелирует с областями неоднородности слоевого сопротивления, а также эффекты кластерообразования и преципитации примеси, что приводит к появлению вторичных структурных дефектов.

Указанный признак является новым, т.к. в известных способах создания n+-слоя для КЭСС указанные интервалы энергии и дозы имплантации не используются во взаимосвязи для оптимизации процесса с целью рекристаллизации ранее созданного аморфного слоя n+-области в самом процессе имплантации ионов примеси.

Проведение процесса имплантации ионов сурьмы с плотностью ионного тока J_ск=6-15 мкА/см² (ширина щели на цилиндре Фарадея h=10 мм) для формирования областей n+ - слоя является существенным признаком, т.к. в его отсутвие невозможно получить в процессе имплантации высокоэнергетичных ионов сурьмы монокристаллическую n+ - область без дополнительного высокотемпературного отжига.

Если плотность ионного тока будет меньше J_ск<6 мкА/см², то суммарной энергии термических пиков будет недостаточно, чтобы нагреть приповерхностную область подложки до температуры, при которой невозможна повторная аморфизация рекристаллизованной области. В этом случае процессы аморфизации и рекристаллизации идут примерно одинаково и нельзя получить монокристаллическую n+-область в процессе имплантации.

Если же плотность тока при сканировании находится в пределах J_ск=6-15 мкА/см², то мощный поток высокоэнергетичных ионов при торможении выделяет такое количество тепловой энергии (W=E J_ск), которого достаточно для того, чтобы нагреть приповерхностную область мишени до критической температуры (Т_кр кремния=570°С), при которой аморфизация невозможна и поэтому вся энергия ионов идет на ионно-стимулированную кристаллизацию ранее созданного аморфного слоя и монокристаллическая n+-область образуется в самом процессе имплантации.

Верхний предел плотности тока J_ск=15 мкА/см² ограничивается как возможностями используемых имплантантов, имеющих электростатическую фокусировку, так и тем обстоятельством, что при использовании мощных ионных потоков с плотностью J_ск > 15 мкА/см² наряду с ростом эффектов распыления атомов мишени, появления рельефной поверхности и неоднородности слоевого сопротивления могут наблюдаться отслоения локальных областей из-за температурных градиентов на поверхности мишени.

Указанный признак является новым, т.к. в известных способах создания n+-слоя для КЭСС указанный диапазон плотности ионного тока не используется для получения монокристаллической области n+ - слоя в процессе имплантации.

Проведение перераспределения внедренной примеси с одновременным формированием микрорельефа на поверхности структуры при температуре Т=1220°С в течение времени t=120-900 мин, причем в течение первых 120-300 мин в среде сухого кислорода, а далее в газовой смеси сухого азота, содержащего 5-15% сухого кислорода является существенным признаком, т.к. в его отсутствие невозможно получить микрорельеф на поверхности кремниевой ионно-легированной структуры (КИЛС) высотой 0,09-0,15 мкм и сформировать n+-слой с заранее заданными электрофизическими параметрами, значения которых обычно находятся в интервале: R_пов.=10-45 Ом/квадрат и Х_j=2,0-10,0 мкм.

Формирование микрорельефа на поверхности КИЛС происходит во время высокотемпературного (Т=1220°С) отжига в окисленной среде за счет различия в скорости окисления неимплантированного кремния, находящегося под маскирующей пленкой SiO₂,_{и имплантированного, открытого кремния в "окнах" пленки SiO2. Отжиг в течение t=120-300 мин в среде сухого кислорода обеспечивает получение микрорельефа на поверхности КИЛС глубиной h=0,09-0,15 мкм, что является достаточным для проведения процессов фотолитографии.}

Если время отжига в окислительной среде будет меньше t<120 мин, то глубина рельефа будет недостаточной. Если время отжига будет больше t > 300 мин, то ухудшается четкость рисунка микрорельефа. Температурно-временной интервал времени отжига выбирается с учетом получения необходимых электрофизических параметров n+ - слоя. В частности, для получения n+-слоя с Xj=10,0 мкм необходимое время отжига t=900 мин при Т=1220°С и в этом случае для сохранения четкости рисунка микрорельефа отжиг ведут в течение первых t=120-300 мин в среде сухого кислорода, а далее в газовой смеси сухого азота, содержащего 5-15% сухого кислорода для предотвращения «азотирования» пленки SiO₂.

Указанный признак является новым, т.к. в известных способах создания n+-слоя для КЭСС высокотемпературный отжиг не используется одновременно для создания микрорельефа на поверхности КИЛС и перераспределения внедренной примеси.

Ввиду того, что у заявленного способа появляются новые свойства, не совпадающие со свойствами известных технических решений, в том числе проведение процесса ионной имплантации сурьмы в комбинированных режимах с энергией Е=60-100 кэВ, дозой
Ф=2,5·10¹⁵ - 1,25·10¹⁶ ион/см² (Д=400-2000 мкКл/см²) и плотностью ионного тока при сканировании J_ск=6-15 мкА/см², которые обеспечивают ионно-стимулированную кристаллизацию приповерхностного аморфного слоя, а последующее перераспределение внедренной примеси с одновременным формированием микрорельефа на поверхности КИЛС проводят при температуре Т=1220°С в течение времени t=120-900 мин, причем сначала в течение первых t=120-300 мин в атмосфере сухого кислорода, а далее в газовой смеси сухого азота, содержащего 5-15% сухого кислорода, можно сделать вывод о том, что заявляемый способ обладает существенными отличиями.

Процесс формирования КЭСС с высокосовершенными скрытыми n+-слоями поясняется чертежами, на которых изображены:

На Фиг.1 - окисленная кремниевая подложка 1 со вскрытыми в термическом слое двуокиси кремния 2 локальными областями («Окнами») 3;

На Фиг.2 - кремниевая подложка 1 с локальными монокристаллическими областями n+ - слоев 4 с глубиной залегания р-n+ перехода Xj=0,3 мкм;

На Фиг.3 - окисленная кремниевая подложка 1 после формирующего отжига с полностью сформированными n+ - слоями 5 с Xj=2,0-10,0 мкм и слоем двуокиси кремния 6 над n+ - областями;

На Фиг.4 - кремниевая ионно-легированная структура (КИЛС) со сформированными n+ - слоем 5 и необходимой величиной микрорельефа 7;

На Фиг.5 - кремниевая эпитаксиальная структура со скрытым n+ -слоем (КЭСС) с эпитаксиальной пленкой 8 и микрорельефом 9 на ее поверхности.

На фиг.6 - электронаграммы 1-4. В конкретном примере изготовления КЭСС используют кремниевые подложки 1 р-типа с удельным сопротивлением Р=10 Ом см, ориентированные в направлении (111) или (100). Подложки 1 отмывают в перекисно-аммиачном растворе по стандартной технологии (КАРО - ПАР - ГМО - ПАР) и окисляют до толщины d_SiO2=0.4-0.6 мкм.

На окисленных подложках 1 по окислу 2 выполняют фотогравировку «скрытый n+ - слой" и вскрывают отверстия ("окна") 3 для локализации областей n+ - слоя.

После стандартной отмывки (КАРО - ПАР) проводят ионную имплантацию сурьмы в режимах, обеспечивающих ионно-стимулированную кристаллизацию аморфного слоя, с энергией Е-60-100 кэВ, дозой Ф=2,5·10¹⁵ - 1,25·10¹⁶ ион/см² (Д=400-2000 мкКл/см²) и плотностью ионного тока на сканировании J_ск=6-15 мкА/см² на щелевом барабане (или J_ск=2,0-4,5 мкА/см² на дырочном барабане) и формируют в окисленной подложке 1 локальные монокристаллические области n+ -слоя 4 с глубиной с Xj=0,3 мкм.

Кристаллографическое совершенство полученных n+ -слоев определяют методом электронографии.

После стандартной отмывки (КАРО - ПАР) на подложках 1 проводят формирующий отжиг в окислительной и инертной атмосфере для окончательного формирования n+ - слоя 5 с заранее заданными электрофизическими параметрами и пленки SiO₂ 6 над n+ - областями толщиной d=0,4-0,6 мкм, образование которой гарантирует получение микрорельефа 7 на поверхности КИЛС глубиной h=0,09-0,15 мкм.

Для уменьшения вероятности образования дислокационных линий скольжения формирующий отжиг проводится по циклограмме, предусматривающей загрузку подложек 1 при Т=850°С, затем форсированный (со скоростью V=4,0-4,5°С/мин) выход на рабочую температуру Т=1220°С, выдержку подложек в течение t=120-300 мин в атмосфере кислорода (расход О₂=270-300 л/час), а при необходимости, например для получения Xj n+ - слоя=10 мкм, и более длительную выдержку до t=900 мин в среде азота, содержащего 5-15% кислорода и спад температуры со скоростью V_спад=2,4-3,0°С/мин до Т=850°С, при которой проводят выгрузку подложек из печи.

После снятия со всей поверхности термического окисла получают высокосовершенную кремниевую ионно-легированную структуру (КИЛС) с необходимой высотой микрорельефа 7 и n+ - слоем 5 с заранее заданными электрофизическими параметрами.

Затем на сформированных КИЛС после химической отмывки (КАРО - ПАР) выращивают в стандартных режимах по хлоридной или гидридной технологии эпитаксиальную пленку 8 с микрорельефом 9 на ее поверхности, который необходим для проведения последующих фотолитографических процессов.

Для контроля монокристалличности n+ областей до и после ионной имплантации сурьмы снимали электронограммы на отражение на электронографе ЭГ-100А с ускоряющим напряжением 80 кэВ. Кристаллическая структура в этом методе характеризуется наличием на электронограмме дифракционных максимумов, рефлексов и Кикучи-линий; аморфное состояние - наличием диффузного галло и колец Дебая-Шеррера.

Результаты контроля представлены в таблице №1.

Таблица№1
результатов определения степени кристаллографического совершенства n+-областей после ионной имплантации№п/пРежимы ионной имплантацииВид электронограммыСостояние поверхности подложкиДоза
мкКл/смЭнергия Е, кэВПлотность токаj1000Рефлексы, максимумы, Кикучи-линииМонокристалл (см. электронограмму 1)2107010Кольца Дебая-ШеррераСлабо выраженный Монокристалл (см. электронограмму 2)3207010Диффузионное галлоАморфный слой (см. электронограмму 3)43007012Диффузионное галлоАморфный слой (см. электронограмму 3)54007012Рефлексы, максимумы дифракционныеМонокристалл68006010Рефлексы, Кикучи-линииМонокристалл (см. электронограмму 4)720007012Рефлексы, Кикучи-линииМонокристалл825007012Появление колец Дебая-ШеррераУхудшение поверхности
Локальное отслоение98005012Кольца Дебая-Шеррера РефлексыСлабо выраженный Монокристалл1080011012Кольца Дебая-Шеррера РефлексыСлабо выраженный Монокристалл11800705Размытые кольца Дебая-Шеррера Диффузионное галлоАморфное соединение128007016Кольца Дебая-Шеррера РефлексыСлабо выраженный Монокристалл «Сыпь» на поверхности13800706Рефлексы, Кикучи-линииМонокристалл148007015Рефлексы, максимумыМонокристалл Появление рельефа на поверхности15120010010Дифракц. максимумы, Кикучи-линииМонокристалл

Результаты, представленные в таблице №1, экспериментально подтверждают тот факт, что при соответствующем подборе режимов ионной имплантации сурьмы в пределах энергии Е=60-100 кэВ, дозы Ф=2,5·10¹⁵ - 1,25·10¹⁶ ион/см² (Д=400-2000 мкКл/см²) и плотностью ионного тока J_ск=6-15 мкА/см² (J_ск=2,0-4,5 мкА/см² для дырочного барабана) действительно можно получить высокосовершенную монокристаллическую область n+ - слоя глубиной Xj n+ -слоя=0,3 мкм в самом процессе имплантации без дополнительного высокотемпературного отжига.

Кинетика изменения состояния кремниевой подложки в процессе ионной имплантации сурьмы иллюстрируется электронограммами.

На электронограмме №1, снятой с исходного образца до легирования, отчетливо видны дифракционные максимумы, рефлексы и Кикучи-линии, которые свидетельствуют о совершенстве кристаллической решетки.

На электронограмме №2, снятой с образца после имплантации Sb дозой Д=10 мкКл/см²=6,25·10¹³см^-2, Е=60кэВ и j_ск=10 мкА/см², наряду с рефлексами видны слабо выраженные кольца Дебая-Шеррера, что свидетельствует о частичном нарушении кристаллической решетки.

На электронограмме №3, снятой с образца после имплантации Sb дозой Д=20 мкКл/см²=1,25·10¹⁴см^-2 (доза аморфизации), Е=60кэВ и j_ск=10 мкА/см², видны диффузное галло и система колец Дебая-Шеррера, свидетельствующих об аморфном состоянии приповерхностного слоя образца.

На электронограмме №4, снятой с образца после имплантации Sb дозой Д=800 мкКл/см²=5·10¹⁵ см^-2, Е=60кэВ и j_ск=10 мкА/см², видны рельефы и Кикучи-линии, которые свидетельствуют о том, что в процессе ионной имплантации Sb с вышеуказанными параметрами приповерхностный слой кремниевой подложки сохраняет высокую степень кристаллографического совершенства.

Контроль глубины микрорельефа на поверхности КИЛС проводили на микроскопе МИИ-4 по изгибу полос интерференции на границе рельефа.

Контроль плотности структурных дефектов в n+-и р-областях КИЛС, в том числе дислокации Nd, окислительных дефектов упаковки Nody, длину дислокационных линий скольжения Lлс проводили после травления подложек в травителе Сиртла.

Величину прогиба Lпр. измеряли на специальном приспособлении на базе микроскопа МИИ-4. Контроль Rпов. и Xj n+-слоев проводили по стандартной методике.

Результаты контроля плотности структурных дефектов и внешнего вида КИЛС, а также электрофизических параметров (Rпов. и Xj) n+-слоя представлены в таблице №2.

Анализ результатов, представленных в таблице №2, показывает, что действительно, если время отжига в среде кислорода меньше t <120 мин, то глубина микрорельефа на поверхности КИЛС получается меньше требуемой, а если время отжига превышает t > 300 мин, то имеет место нечеткая граница рельефа.

В том случае, если режимы ионной имплантации обеспечивают получение монокристаллических областей n+-слоя, то и после формирующего отжига получаются высокосовершенные, почти бездефектные кремниевые ионно-легированные структуры.

Если же после ионной имплантации получают аморфизованную область n+-слоя, то структурное совершенство КИЛС несколько ухудшается из-за генерации вторичных дефектов при отжиге аморфного, насыщенного радиационными дефектами слоя.

Следует также отметить, что разброс электрофизических параметров n+-слоя (Rпов. и Xj) существенно уменьшается в случае проведения процесса ионной имплантации сурьмы в комбинированных режимах, обеспечивающих ионно-стимулированную кристаллизацию аморфного слоя и получение монокристаллических n+-областей.

Эпитаксиальные структуры со скрытым n+-слоем, выращенные на этих подложках по хлоридной технологии, также характеризуются малой плотностью структурных дефектов, в частности на КЭСС с толщиной эпитаксиальной пленки dэпи=4,5 мкм, легированной мышьяком, с удельным сопротивлением Р=0,3 Ом см получены следующие результаты:

1. плотность дислокаций

а) над n+ - областями Nd<1·10° см^-2 (единичные по краю пластины)

б) над р - областями Nd<2·10² см^-2

2. плотность дефектов упаковки

а) над n+ - областями Ndy<1·10 см^-2 (единичные)

б) над р-областями Ndy<3·10² см^-2

3. Коэффициент заполнения линиями скольжения К<0,1.

Предлагаемый способ за счет комбинации параметров процесса имплантации примеси, обеспечивающих ионно-стимулированную кристаллизацию аморфного слоя, позволяет сформировать монокристаллические области n+ - слоя в самом процессе ионной имплантации, а после проведения высокотемпературного отжига изготовить высокосовершенные кремниевые ионно-легированные структуры с заранее заданными электрофизическими параметрами n+-слоя и необходимой глубиной микрорельефа, которые имеют лишь единичные дислокации и дефекты упаковки окисления в р-областях по краю пластины. Длина дислокационных линий скольжения не превышает 1 мм.

Электрофизические параметры n+ - слоя (Rпов. и Xj) и глубина микрорельефа на поверхности структуры характеризуются высокой степенью воспроизводимости.

Применение этого способа в производстве позволяет получить КЭСС с малой плотностью структурных дефектов и снизить их стоимость, повысить процент выхода годных кристаллов и надежность биполярных схем различного назначения.

Источники информации

1.Описание изобретения к заявке Японии №51-28454, кл. НКИ 99(5) 131.

2. Описание изобретения к патенту США, №4082571.

3. Описание изобретения к патенту США №3997368, кл. НКИ: 148/1,5.

4. Описание изобретения к А.С. СССР №1119530 кл. МКИ H 0I J 21/265 г.р.и.15 6 84.

5. Описание изобретения к заявке Японии №53-29987 кл.НКИ 99/5 В1.

6. Описание изобретения к патенту США №3909304 кл.МКИ H 01 J 21/265 (148-1.5) опублик.1978 г. (прототип).

7. Мейер Дж., Эриксон Л., Девис Дж. Ионное легирование полупроводников. - М.: Мир, 1973. -296 с.

8. Ионная имплантация в полупроводники и другие материалы (Под редакцией Вавилова В.С. - М: Мир, 1980.-331 с.).

9. Фундаментальные вопросы ионной имплантации: материалы III всесоюзной школы. Алма-Ата, Наука, 1987 -235 с.

Изобретение относится к области микроэлектроники. Технический результат изобретения: уменьшение плотности дефектов и получение высокосовершенных кремниевых ионно-легированных структур (КИЛС) - подложек для эпитаксиального наращивания. Сущность: способ включает операции окисления и фотолитографии для локализации n⁺-областей, ионную имплантацию сурьмы и диффузионное перераспределение внедренной примеси в окислительной среде, снятие окисла и эпитаксиальное наращивание. Имплантацию сурьмы проводят в комбинированных режимах с энергией Е=60-100 кэВ, дозой D=400-2000 мкКл/см² (Ф=2,5·10¹⁵-1,25·10¹⁶ см^-2) и плотностью тока при сканировании J_ск=6-15 мкА/см², обеспечивающих ионно-стимулированную кристаллизацию приповерхностного аморфного слоя. Последующее перераспределение внедренной примеси с одновременным формированием микрорельефа на поверхности структуры проводят при температуре Т=1493 К (1220°С) в течение времени t=120-900 минут, причем сначала в течение первых 120-300 минут в среде сухого кислорода, а далее в газовой смеси сухого азота, содержащего 5-15% сухого кислорода. 2 табл., 6 ил.

Способ формирования кремниевых эпитаксиальных структур со скрытым n⁺-слоем, включающий операции окисления и фотолитографии для локализации n⁺-областей, ионной имплантации сурьмы, диффузионного перераспределения внедренной примеси в окислительной среде, снятия термического окисла и эпитаксиального выращивания кремния, отличающийся тем, что ионную имплантацию сурьмы проводят в режимах с энергией Е=60-100 кэВ, дозой Ф=2,5·10¹⁵ см^-2 - 1,25·10¹⁶ см^-2 (Д=400-2000 мкКл/см²) и плотностью ионного тока при сканировании J_ск=6-15 мкА/см², которые обеспечивают ионно-стимулированную кристаллизацию приповерхностного аморфного слоя, а последующее перераспределение внедренной примеси с одновременным формированием микрорельефа на поверхности структуры проводят при температуре Т=1220°С в течение времени t=120-900 мин, причем сначала в течении первых 120-300 мин в среде сухого кислорода, а далее в газовой смеси сухого азота, содержащего 5-15% сухого кислорода.