Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
В работах [7, 8] используется приближение Томаса — Ферми. Атомные столкновения считаются упругими, используемый потенциал взаимодействия
где STqir/a) — функция Ферми для отдельного атома Ферми.
К настоящему времени выполнены работы, позволяющие упростить сложные вычисления, связанные с использованием теории [9]. Распределение внедренных ионов по глубине характеризуется проекцией среднего (наиболее вероятного) пробега иопов на направление их первоначальной траектории *), а также формой кривой распределения пробегов относительно их среднего значения. Подробные данные о пробегах ионов в различных веществах нолучепы на-основе упоминавшейся теории [7, 8] с помощью ЭВМ Джонсоном и Гиббонсом [10]. Этими данными обычно пользуются для предваритель-
*) Как правило, рассматривается параллельный (нерасходя-щийся) пучок моноэнергетических ионов, нормально падающий на плоскую поверхность однородного вещества.
(7.1.1)
ОСНОВЫ ИОННО-ЛУЧЕВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ
281
ных расчетов условий экспериментов по ионному внедрению.
В большинстве случаев, когда каналирование п стимулированная диффузия не имеют места, результаты расчета, при выполнении которого допущен ряд упрощении, совпадают с экспериментом в пределах ±20%. Согласно теории Линдхарда — Шарфа — Шиотта (ЛШШ)
Масса
О 50 100 150
Рис. 7.1. Зависимость проекционного пробега (сплошные линии) и Айр (пунктир) в неориентированных кристаллах Si от массы бомбардирующих ионов [97].
распределение проекций пробегов ионов относительно среднего значения характеризуется кривой Гаусса.
Значения проекций пробегов ионов многих элементов в Si приведены на рис. 7.1.
Особенности прохождения заряженных частиц, обусловленные кристаллической структурой — эффектом ка-
282 ПРОЦЕССЫ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ [ГЛ. 7
налов, предсказанным еще в 1912 г. Штарком [11] и вновь открытым и интенсивно изучаемым в настоящее время [12, 13], а также эффектом теней [14], оказывают дополнительное влияние на распределение внедренных ионов, что весьма важно и для практических целей.
Физические процессы, происходящие при взаимодействии ускоренных ионов с кристаллами, помимо явления внутренней ионизации и собственно внедрения в кристалл «чужого» атома, включают возникновение радиационных дефектов. В случае, когда взаимодействие происходит вблизи поверхности, возможно распыление вещества кристалла, а также вторичная эмиссия электронов и ионов. Эти процессы подробно рассмотрены, например, в обзоре Аброяна [15]; см. также [99].
Число первоначально смещенных атомов в области кристалла, соответствующей конечному участку пробега тяжелой заряженной частицы, всегда значительно. Поэтому относительно устойчивые дефекты структуры, возникающие в результате взаимодействия первичных точечных дефектов друг с другом и с примесями, а также дислокационные петли, возникающие в «клиньях смещений» или областях импульсного перегрева (thermal spikes) вблизи места остановки внедренного иона, оказывают весьма сильное влияние на свойства подвергнутого ионному внедрению вещества [16]. Именно этим обстоятельством, а также сравнительно небольшими пробегами ионов средних энергий в полупроводниках (см. рис. 7.1) объясняется осторожность, проявлявшаяся в течение ряда лет частью исследователей, связанных с решением прикладных задач полупроводниковой техники.
В течение последних лет стало очевидным, что во многих случаях удается выбирать условия ионного внедрения и отжига дефектов таким образом, что значительная часть внедренных атомов примеси оказывается электрически активной. В наибольшей мере это благоприятное обстоятельство выяснено для кремния и для германия [17]; имеются обнадеживающие данные для GaAs и других соединений типа AmBv [18]; вопрос об эффективности ионно-лучевого легирования соединений типа AnBvi и AivByi выяснен в меньшей степени, хотя и для них имеются положительные примеры решения практически важных задач. В СССР и ряде других стран
ОСНОВЫ ИОННО-ЛУЧЕВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ
283
выпущены совершенные установки для ионного легирования, используемые для решения технических задач [19].
Использование (например, для создания р — /г-переходов) ионного пучка удобно прежде всего тем, что процесс легирования в первую очередь — пространственное распределение примесей — управляется с помощью электрических и магнитных полей. Ионный пучок легко перемещать относительно поверхности базовой пластины полупроводника. Его можно практически мгновенно выключить при прохождении участков поверхности, которые не должны легироваться. Контролируя дозу внедренных ионов, можно вводить в заданный участок полупроводника строго определенное количество примеси. Опыт показывает, что воспроизводимость дозировок при ионно-лучевом легировании и выход готовой продукции гораздо выше, чем при использовании традиционной техники термодиффузии.
