Ионное легирование. Ионной имплантацией называется процесс внедрения в мишень ионизованных атомов с энергией, достаточной для проникновения в ее приповерхностные области

Ионной имплантацией называется процесс внедрения в мишень ионизованных атомов с энергией, достаточной для проникновения в ее приповерхностные области. Успешное применение ионной имплантации определяется главным образом возможностью предсказания и управления электрическими и механическими свойствами формируемых элементов при заданных условиях имплантирования.

Как правило, для получения необходимого профиля распределения легирующей примеси в подложке применяют метод, основанный на предварительной загонке ионов с их последующей термической разгонкой в мишени. При этом имплантация проводится с малой энергией ионов.

Общая траектория движения иона называется длиной пробега R, а расстояние, проходимое ионом в направлении, перпендикулярном к поверхности мишени, проецированной длиной пробега R_p.

Для корректного теоретического расчета профиля, особенно для больших значений энергий пучков ионов, используют два объединенных распределения Гаусса:

,

где, D - поглощенная доза, R_m - модальная длина пробега (аналог проекционной длины пробега при Гауссовском распределении), DR_p1, DR_p2 - флуктуации первого и второго распределения, DR_pi = DR_p1 при x > R_m, DR_pi = DR_p2 при x <= R_m.

Теоретические профили и измеренные профили при ионной имплантации бора в кремний без проведения отжига приведены на рис. 7.10.

Образование радиационных де фектов. При внедрении ионов в кремниевую кристаллическую подложку они подвергаются электронным и ядерным столкновениям, однако, только ядерные взаимодействия приводят к смещению атомов кремния. Легкие и тяжелые ионы производят качественно различное "дерево радиационных дефектов".

Легкие ионы при внедрении в мишень первоначально испытывают в основном электронное торможение. На профиле распределения смещенных атомов по глубине подложки существует скрытый максимум концентрации.

 

Рис. 7.10. Профиль распределения примеси при ионной имплантации бора различных энергий в кремний

 

При внедрении тяжелых ионов они сразу начинают сильно тормозиться атомами кремния. На окончательном профиле распределение плотности радиационных дефектов, который повторяет распределение длин пробега выбитых атомов кремния, существует широкий скрытый пик. Сложная структура различных типов дефектов вдоль траектории движения иона вызвана распределением смещенных атомов кремния.

Вводимые в процессе ионной имплантации дефекты состоят из вакансий и дивакансий. При нагреве мишени пучком ионов в процессе имплантации до температуры выше 500º С будут образовываться дислокации. Полное устранение радиационных дефектов достигается термическим отжигом полупроводниковых пластин.