Displacement of Boron from the Silicon Crystal Nodes

The process of boron displacement from the nodes into interstitial positions by interstitial Si atoms in silicon (Watkins effect) on the conditions of implantation and annealing has been investigated with help of X-ray diffraction and electrical methods. It was revealed that the efficiency of the Watkins substitution is determined by the ion current density (level of ionization). With increasing of the ionization level in the implanted layer during implantation or annealing (additional low-energy electron irradiation) the replacement process may be suppressed

Nitrogen as Annihilation Centre for Point Defects in Implanted Silicon

The accumulation of radiation defects in silicon implanted with 150 keV N+ ions at high ion current density (20 A cm-2) and low density (0.05 A cm-2) was investigated by means of X-ray double-crystal spectrometer and EPR method. At high ion current density the radiation defects accumulate up to amorphization at the ion dose of 11015 cm-2. At low ion current density the curve of lattice parameter change on dose has oscillatory view and amorphization of the layer is not achieved at least up to ion dose of 1.41016 cm-2. The processes of the nitrogen atoms capture on the vacancy defects and Watkins displacement of them from the nodes work as additional channel of radiation defect annihilation. At high ion current densities and at high level of ionization in the implanted layer process of Watkins substitution is suppressed

АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ПОДЗАТВОРНОГО ДИЭЛЕКТРИКА МОП-СТРУКТУР ПО ВОЛЬТ-ФАРАДНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

There were investigated the capacity-voltage characteristics of the MOS transistors, fabricated by the similar process charts, with the identical applied technological materials), however at various time (appropriately further in the text series A and series B). It was shown, that the measurements of the capacityvoltage characteristics of the MOS structures make it possible to perform the quality diagnostics of the gate dielectric. The kind and shape of the measured characteristics are determined by the value of the additional positive charge in the dielectrics and density of the fast surface states on the Si-SiO2 interface, which correlate with the surface concentration of the technological impurities, adsorbed on the surface of the wafers in process of the devices fabrication, which makes it possible to make a conclusion about the quality of the applied materials and compliance of the manufacturing process. Исследованы МОП-транзисторы методом вольт-фарадных характеристик, изготовленных в разное время, но по аналогичным технологическим маршрутам и при использовании идентичных технологических материалов. Установлено, что измерения вольтфарадных характеристик МОП-структур позволяют проводить диагностику качества подзатворного диэлектрика. Вид и форма измеренных характеристик определяются величиной дополнительного положительного заряда в объеме диэлектрика и плотностью быстрых поверхностных состояний на границе раздела Si-SiO2, которые коррелируют с поверхностной концентрацией технологических примесей, адсорбированных на поверхности пластин в процессе изготовления приборов, что позволяет сделать заключение о качестве используемых материалов и соблюдении технологических режимов.

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ НА ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИПОЛЯРНОГО n–p–n-ТРАНЗИСТОРА

Contamination of the monocrystal silicon with technological impurities in the devices fabrication process exerts a considerable influence on the electro-physical characteristics of the bipolar n–p–n-transistors. Revelation of the causes of the labile reproducibility of the basic characteristics of the bipolar planar n–p–n-transistors is vital for the purpose of establishing the factors, determining reliability and stability of the operational parameters of the integrated circuits. There were investigated I–V characteristics of the various lots of the bipolar n–p–n-transistors, fabricated under the epitaxialplanar technology as per the similar process charts with the identical used technological materials, however, at different times. It is established that the electro-physical characteristics of the bipolar n–p–n-transistors substantially depend on the contents of the technological impurities in the substrate material. Availability of the high concentration of the generation-recombination centers, related to the metallic impurities, results both in increase of the reverse current of the collector – base junction of the transistors and the significant reduction of the breakdown voltage of the collector junction. The most probable cause of deterioration of the electro-physical parameters of the bipolar n–p–n-transistors is the material contamination with the technological impurities (such, as Fe, Cl, Ca, Cu, Zn and others) during the production process of the devices fabrication. The sources of impurity may be both the components and sub-assemblies of the technological units and the materials and reagents under usage.Загрязнение монокристаллического кремния технологическими примесями в процессе изготов- ления приборов оказывает существенное влияние на электрофизические характеристики биполярных n–p–n-тран- зисторов. Выявление причин лабильной воспроизводимости основных характеристик биполярных планарных n–p–n-транзисторов является актуальным с целью установления факторов, определяющих надежность и стабильность эксплуатационных параметров интегральных микросхем. Исследованы вольт-амперные характеристики различных партий биполярных n–p–n-транзисторов, изготовленных по эпитаксиально-планарной технологии по аналогичным технологическим маршрутам, при идентичных используемых технологических материалах, однако в различное время. Установлено, что электрофизические характеристики биполярных n–p–n-транзисторов существенным образом зависят от содержания технологических примесей в материале подложки. Наличие высокой концентрации генерационно-рекомбинационных центров, связанных с металлическими примесями, приводит как к увеличению обратного тока через переход коллектор–база транзисторов, так и к существенному снижению напряжения пробоя коллек- торного перехода. Наиболее вероятной причиной ухудшения электрофизических параметров биполярных n–p–nтранзисторов является загрязнение материала технологическими примесями (такими, как Fe, Cl, Ca, Cu, Zn и др.) во время производственного процесса изготовления приборов. Источниками загрязнений могут служить как детали и узлы технологических установок, так и используемые материалы и реактивы

Влияние технологических примесей на температурную зависимость коэффициента усиления биполярного n-p-n-транзистора

Herein, the temperature dependences of the static current gain (β) of bipolar n-p-n-transistors, formed by similar process flows (series A and B), in the temperature range 20–125 °С was investigated. The content of uncontrolled technological impurities in the A series devices was below the detection limit by the TXRF method (for Fe < 4.0 · 109 at/cm2). In series B devices, the entire surface of the wafers was covered with a layer of Fe with an average concentration of 3.4 ∙ 1011 at/cm2; Cl, K, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn spots were also observed. It was found that in B series devices at an average collector current level (1.0 ∙ 10–6 < Ic <1.0 ∙ 10–3 A) the static current gain was greater than the corresponding value in A series devices. This was due to the higher efficiency of the emitter due to the high concentration of the main dopant. This circumstance also determined a stronger temperature dependence of β in series B devices due to a significant contribution to its value from the temperature change in the silicon band gap. At Ic < 1.0 ∙ 10–6 A β for B series devices became significantly less than the corresponding values for A series devices and practically ceases to depend on temperature. In series B devices, the recombination-generation current prevailed over the useful diffusion current of minority charge carriers in the base due to the presence of a high concentration of uncontrolled technological impurities. For A series devices at Ic < 10–6 A, the temperature dependence of β practically did not differ from the analogous dependence for the average injection level.Исследованы температурные зависимости статического коэффициента усиления по току (β) биполярных n-p-n-транзисторов, сформированных по аналогичным технологическим маршрутам (серии А и В), в интервале температур 20–125 °С. Содержание неконтролируемых технологических примесей в приборах серии А было ни- же предела обнаружения методом полного внешнего отражения рентгеновского излучения (по Fe < 4,0 · 109 ат/см2). В приборах серии В вся поверхность пластин была покрыта слоем Fe со средней концентрацией 3,4 · 1011 ат/см2, наблюдались также пятна Cl, K, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn. Установлено, что в приборах серии В при среднем уровне тока коллектора (1,0 ∙ 10–6 < Ic < 1,0 ∙ 10–3 A) статический коэффициент усиления по току больше соответствующего значения в приборах серии А. Это обусловлено большей эффективностью эмиттера вследствие высокой концентрации основной легирующей примеси. Данное обстоятельство определяло и более сильную температурную зависимость β в приборах серии В вследствие значительного вклада в его величину температурного изменения ширины запрещен- ной зоны кремния. При Ic < 1,0 ∙ 10–6 A β для приборов серии В становится существенно меньше соответствующих значений для приборов серии А и практически перестает зависеть от температуры. В приборах серии В рекомбинационно-генерационный ток преобладает над полезным диффузионным током неосновных носителей заряда в базе вследствие наличия высокой концентрации неконтролируемых технологических примесей. Для приборов серии А при Ic < 10–6 A температурная зависимость β практически не отличается от аналогичной зависимости для среднего уровня инжекции

Влияние технологических примесей на электрофизические параметры МОП-транзистора

It is shown that the quality of gate dielectric has a determinative impact on electrical physical parameters of MOS transistors. Contamination of material by technological impurities during the manufacturing process is the reason for the deterioration of electrical physical parameters of MOS transistors. Sources of contamination can be components of technological equipments, as well as the materials and reagents.Исследованы ВАХ МОП-транзисторов, созданных по эпитаксиально-планарной технологии в различное время с использованием идентичных технологических материалов по аналогичным технологическим маршрутам. Установлено, что электрофизические характеристики МОП-транзисторов существенным образом зависят от качества подзатворного диэлектрика. Наличие дополнительного встроенного заряда в диэлектрике, а также быстрых поверхностных состояний на границе раздела Si-SiO2 приводят как к увеличению порогового напряжения, так и к снижению тока и напряжения насыщения, крутизны характеристики МОП- транзистора в линейной области и в области насыщения, проводимости структуры в линейной области. Возрастают также токи утечки затвора. Показано, что причиной ухудшения электрофизических параметров МОП-транзисторов является загрязнение материала технологическими примесями (Fe, Cl, K, Ca, Ti, Cr, Cu, Zn и др.) во время производственного процесса. Источниками загрязнений могут служить как детали и узлы технологических установок, так и используемые материалы и реактивы

Displacement of Boron from the Silicon Crystal Nodes

The process of boron displacement from the nodes into interstitial positions by interstitial Si atoms in silicon (Watkins effect) on the conditions of implantation and annealing has been investigated with help of X-ray diffraction and electrical methods. It was revealed that the efficiency of the Watkins substitution is determined by the ion current density (level of ionization). With increasing of the ionization level in the implanted layer during implantation or annealing (additional low-energy electron irradiation) the replacement process may be suppressed

Nitrogen as Annihilation Centre for Point Defects in Implanted Silicon

The accumulation of radiation defects in silicon implanted with 150 keV N+ ions at high ion current density (20 A cm-2) and low density (0.05 A cm-2) was investigated by means of X-ray double-crystal spectrometer and EPR method. At high ion current density the radiation defects accumulate up to amorphization at the ion dose of 11015 cm-2. At low ion current density the curve of lattice parameter change on dose has oscillatory view and amorphization of the layer is not achieved at least up to ion dose of 1.41016 cm-2. The processes of the nitrogen atoms capture on the vacancy defects and Watkins displacement of them from the nodes work as additional channel of radiation defect annihilation. At high ion current densities and at high level of ionization in the implanted layer process of Watkins substitution is suppressed

QUALITY ANALYSIS OF THE GATE DIELECTRIC OF THE MOS-STRUCTURES BY CAPACITY-VOLTAGE CHARACTERISTICS

There were investigated the capacity-voltage characteristics of the MOS transistors, fabricated by the similar process charts, with the identical applied technological materials), however at various time (appropriately further in the text series A and series B). It was shown, that the measurements of the capacityvoltage characteristics of the MOS structures make it possible to perform the quality diagnostics of the gate dielectric. The kind and shape of the measured characteristics are determined by the value of the additional positive charge in the dielectrics and density of the fast surface states on the Si-SiO2 interface, which correlate with the surface concentration of the technological impurities, adsorbed on the surface of the wafers in process of the devices fabrication, which makes it possible to make a conclusion about the quality of the applied materials and compliance of the manufacturing process

QUALITY ANALYSIS OF THE GATE DIELECTRIC OF THE MOS-STRUCTURES BY CAPACITY-VOLTAGE CHARACTERISTICS

There were investigated the capacity-voltage characteristics of the MOS transistors, fabricated by the similar process charts, with the identical applied technological materials), however at various time (appropriately further in the text series A and series B). It was shown, that the measurements of the capacityvoltage characteristics of the MOS structures make it possible to perform the quality diagnostics of the gate dielectric. The kind and shape of the measured characteristics are determined by the value of the additional positive charge in the dielectrics and density of the fast surface states on the Si-SiO2 interface, which correlate with the surface concentration of the technological impurities, adsorbed on the surface of the wafers in process of the devices fabrication, which makes it possible to make a conclusion about the quality of the applied materials and compliance of the manufacturing process