Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
‘ 20 , '.Щ
¦ . .. - ’ . • ¦ ¦ • . . ‘ ’ • /\ .'<§!{
‘ - . . ’ . : 4 . • ‘ • &
нения защитных масок и сканирования пучка; 4) возможность строгой дозировки примеси при легировании с помощью точного контроля плотности тока ионов н времени облучения; 5) чистота вводимой примеси, которая обеспечивается электромагнитной сепарацией ионных пучков и вакуумными условиями процесса; 6) возможность легирования через диэлектрические и металлические покрытия.
В то же время методу ионного легирования присущи некоторые ограничения и недостатки: 1) малость глубины проникновения ионов; 2) наличие радиационных дефектов; 3) недостаточная изученность физических процессов при ионцом легировании; 4) относительная сложность оборудования на данном этапе развития метода. .
Учитывая все недостатки и преимущества метода, можно утверждать, что он не отрицает других способов легирования, напротив, в сочетании с ними становится одной из важнейших составных частей полупроводниковой технологии.
Главные факторы, от которых зависит эффективность практического использования метода ионного легирования,— распределение пробегов внедренных атомов, степень и характер разунорядочении решетки, создаваемого при внедрении, локализация внедренных атомов в кристаллической решетке и электрические характеристики после ионного внедрения ж доследующего отжига.
Любой анализ процессов при ионном легировании начинается с вопроса о распределении внедренных атомов по глубине. Распределение пробегов ионов зависит от процессов их торможения. В последее время появилось много теоретических и экспериментальных работ, в которых изучались процессы торможения ионов, и теперь можно с приемлемой точностью рассчитывать параметры распределения. В аморфной подложке распределение пробегов приблизительно гауссово, его можно характеризовать средним пробегом и разбросом относительно этого среднего положения.
Средний пробег зависит от энергии бомбардирующей частицы, а на разброс существенно влияет соотношение масс налетающего иона и атомов матрицы. Распределение примеси при ионном легировании резко отличается от монотонно спадающего профиля, характерного для диффузионных процессов. Особенностью ионного легирования является возможность получить в принципе любой профиль распределения примеси, меняя энергию бомбардирующих ионов. Средний пробег ионов с энергией в несколько десятков или сотен килоэлектронвольт— порядка 0,1 мкм. Этим ионное легирование отличается от диффузионного, с помощью которого сложно получить легированные слои толщиной менее 1 мкм.
В кристаллической подложке, как доказано в многочисленных экспериментах, распределение пробегов сильно зависит
21
от ориентации кристалла по отношению к направлению движения иона — эффекта каналирования. Если ион входят в кристалл почти параллельно одной из главных осей или плоскостей, то он,может двигаться в решетке, испытывая лишь слабые столкновения под скользящим углом. При таком движении уменьшается скорость потери энергии и возрастает глубина проникновения иона. Экспериментально обнаружено, что каналированные ионы проникают на глубины, почти на порядок превышающие средний пробег. Ясно, что эффект каналирования приводит к изменению профиля распределения примеси,^ если его сравнивать с профилем, рассчитанным для аморфной мишени. Процесс каналирования зависит от множества факторов, подчас трудно контролируемых, поэтому предсказать форму распределения примеси при наличии каналирования затруднительно. Экспериментально показано, что лишь малая часть примеси остается в режиме каналирования или входит в него. Наиболее важные факторы, от которых зависит распределение каналированных ионов, следующие: 1) температура мишени (подложки); 2) доза ионов; 3) разориен-тировка и разупорядочение поверхности.
Иногда на профиль распределения примеси могут влиять эффекты ускоренной диффузии. Один из таких механизмов — радиационное ускорение диффузии путем увеличения концентрации вакансий. Этот эффект заметен при температурах на несколько сотен градусов ниже тех, при которых проводят обычную диффузию. Другой механизм связан с диффузией атомов по междоузлиям и эффективен при еще более низких температурах. В этом случае существенна концентрация дефектных центров, хчоторые могут служить ловушками для меж-доузельных атомов (подробнее см. в гл. 3).
Целый ряд проблем, возникающих при использовании ионного легирования, связан с разупорядочением решетки и радиационными дефектами, которые создает внедряющийся ион. В процессе замедления ион сталкивается с атомами решетки, выбивая их из узлов. Некоторые выбитые атомы обладают такой энергией, что и сами могут смещать другие атомы, в результате образуется разупорядоченяая область. При больших дозах облучения отдельные разупорядоченные области перекрываются, образуя сплошной разунорядоченный, иногда аморфный слой. Кроме того, в облученном слое возникает множество более простых дефектов, включающих вакансии, меж-доузельные атомы и различные примеси (в том числе и легирующую). Для получения эффекта легирования в полной мере необходим отжиг введенных дефектов.
