Введение к работе
Актуальность работы обусловлена тем, что pin-фотодиоды относятся к наиболее востребованным приборам фотоэлектроники специального назначения. Главное их применение - в объектах, наводимых по лазерному лучу с длиной волны 1,06 мкм. При переходе к разработке pin-фотодиодов новых поколений с повышенными требованиями к фотоэлектрическим параметрам на основе имеющейся производственной базы, как правило, наблюдаются "сбои", приводящие к резкому и длительному снижению или вообще утере выхода годных приборов.
Эти "сбои" обусловлены наличием неконтролируемых примесей в химических реактивах и газах, используемых в технологических процессах, неконтролируемых потоков примесных атомов, выделяющихся при термических обработках, а также "сбоями" в режимах проведения термообработок. Зачастую поиск причин снижения выхода годных продолжается длительное время и не всегда удается четко определить его причины. В этих случаях проще бывает найти возможность устранить следствие этихпричин-
В этом смысле огромные возможности дает значительно продвинувшийся к настоящему времени метод ионной имплантации. Метод позволяет модифицировать свойства кристаллов и аморфных пленок, изменяя их в диапазоне свойств от полуметалла до диэлектрика, позволяет эффективно и в высшей степени управляемо создавать слои, выполняющие функции стоков дефектов и быстродиффундирующих атомов. К тому же метод, как правило, сопровождается низкотемпературными термообработками, щадящими объемные свойства кристалла. В то же время ионная имплантация проигрывает в конкуренции с диффузионной технологией по качеству металлургической границы p-n-переходов и диэлектрическим свойствам защитных диэлектрических пленок, использующихся одновременно и как маска при локальных процессах диффузии.
Отсюда следует, что и с точки зрения достижения наилучших характеристик создаваемых приборов и экономической эффективности перспективно сочетание диффузионных и
j РОС,НЛЦИОНЛЛЬНАЯ і
J БИБЛИОТЕКА I
з! &aeS№oi\
имплантационных процессов в технологии полупроводниковых приборов, в том числе ріп-фотодиодов.
Цель работы заключается в том, чтобы в процессе разработки pin-фотодиода нового поколения на основе имеющейся технологической базы ОАО «МЗ «Сапфир» провести комплексные исследования характеристик изготавливаемых приборных структур, выявить наиболее характерные недостатки имеющейся технологии и определить возможности устранить последствия этих недостатков за счет разработанных имплантационных процессов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. В планарных диффузионных pin-структурах на Si
обнаружен размерный эффект продольной поверхностной
миграции положительных ионов из защитной пленки Si02,
показывающий необходимость полного удаления защитной
пленки, содержащей эти ионы.
2. Показана более высокая эффективность ионов N2+ по
сравнению с ионами N+ при поверхностных обработках планарных
диффузионных п+-р переходов. Результат объясняется более
эффективным дефектообразованием в Si при имплантации ионов
N/.
-
Показано, что дефектные поверхностные слои, сформированные ионной имплантацией, обладают способностью устранять поверхностные инверсионные слои, сформированные положительным зарядом, встроенным в защитную пленку Si02 на поверхности p-Si.
-
Обнаружен эффект повышения защитных свойств планарных п+-р переходов дефектными поверхностными слоями, созданными имплантацией ионов N2+, при предварительном подлегировании поверхности с применением имплантации ионов бора.
Эффект объясняется повышением дефектности слоев, формируемых ионной имплантацией, при большей степени легирования за счет повышения эффективности связывания имплантационных дефектов при наличии примесных атомов.
5. Обнаружена возможность низкотемпературного (500'С)
геттерирования подвижных ионов в защитной термической пленке
Si02 дефектами, введенными в пленку имплантацией ионов N2+
Показано положительное влияние такого геттерирования на ВАХ планарных диффузионных п+-р переходов ріп-структур.
6. Показана возможность повышения эффективности геттерирования базовой области планарных диффузионных ріп-структур при применении имплантации ионов BF2+ после диффузионного подлегирования. При этом время жизни неосновных носителей заряда в базе возрастет в 1,5-2 раза.
Практическая значимость:
1. Разработана и внедрена в производство экспресс-
методика измерения и расчета C-V характеристик тестовых МДП-
структур для технологического контроля процессов окисления при
изготовлении диффузионных ріп-структур.
-
Разработана методика измерения диффузионной длины неосновных носителей заряда и скорости поверхностной рекомбинации в тонких полупроводниковых пластинах на основе формирования симметричных р-n переходов на противоположных сторонах пластины и измерения сигналов фотоответа при двух полярностях приложенного к такой структуре напряжения и двух диаметрах пучка воздействующего излучения.
-
Разработан и предложен для практического применения метод поверхностной обработки, приводящей к уменьшению темновых токов диффузионных pin- структур за счет введения дефектов при имплантации периферии всех п+-р переходов после стравливания защитной пленки Si02 ионами N2+ (Е=100кэВ, Ф=6-101бсм2) и предварительного имплантационного подлегирования (В+, Е = ЮОкэВ Ф = 6-Ю13 см"2, 800*С в течение 2 часов в атмосфере азота).
-
Предложен и рекомендован для внедрения в серийную технологию метод формирования стоп-канала, заключающийся в имплантации ионов В+ (Е=100 кэВ, Ф=3,6*1014 см2) через защитную пленку Si02 толщиной ~ 0,55 мкм.
-
Предложен и рекомендован для внедрения в серийную технологию метод геттерирования подвижных ионов в защитной пленке Si02 диффузионных ріп-структур, включающий обработку пленки имплантацией ионов N2+ (Е=60 кэВ, Ф=Г1016см2) и последующий низкотемпературный отжиг (500С в 1 час в потоке азота).
6. Предложен и рекомендован к внедрению в серийную
технологию метод дополнительного генерирования
диффузионных ріп-структур, позволяющий в 1,5-2 раза увеличить время жизни неосновных носителей заряда в базе. Метод заключается в имплантации ионов BF2+ (Е=100 кэВ, Ф=3*1015 см"2) в обратную сторону пластины с последующим отжигом при температуре 900С в течение 1 часа после формирования омического контакта загонкой бора.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследований влияния поверхностной
обработки, приводящей к уменьшению темновых токов
диффузионных ріп-структур за счет введения дефектов при
имплантации; периферии всех п+-р переходов после стравливания
защитной пленки Si02 ионами N+ и N2+ (Е=100кэВ, Ф=(1/6)*1016
см"2) и предварительного имплантационного подлегирования (В+,
Е=100 кэВ Ф=6*1013 см2, 800С в течение 2 часов в атмосфере
азота).
2. Результаты формирования стоп-канала, имплантацией
ионов В+ (Е=100 кэВ, Ф=3,6*1014см2) через защитную пленку Si02
толщиной ~ 0,55 мкм.
3. Результаты генерирования подвижных ионов в
защитной пленке Si02 диффузионных ріп-структур, за счет
обработки пленки имплантацией ионов N2+ (Е=60 кэВ, Ф=1*1016
см2) и последующего низкотемпературного отжига (500С в 1 час
в потоке азота).
4. Результаты дополнительного геттерирования
диффузионных ріп-структур, имплантацией ионов BF2+ (Е=100
кэВ, Ф=3*10 см2) в обратную сторону пластины после
формирования на ней омического контакта загонкой бора с
последующим отжигом при температуре 900С в течение 1 часа.
Апробация работы:
Основные результаты диссертации отражены в публикациях [1-5] и докладывались на XVII Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборами ночного видения (Москва, 2000г.), Международном научно-методическом семинаре «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (Москва, 2002г.).
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 127 страниц машинописного текста, включая 40 рисунков и 20 таблиц. Список литературы состоит из 133 наименований.
