Распределение в твердом теле внедренных ионов, локализация атомов примеси и электрические свойства легированных слоев

 

 

Диффузия имплантированных примесей в кремнии – сложный процесс  даже при отсутствии радиационных примесей. При этом важну роль играют термические вакансиикремния и межузельные атомы, поскольку они действуют в качестве стоков примесных частиц.

Лазерный отжиг: имплантированные слои могут быть подвергнуты лазерному  отжигу  с плотностью энергии  в диапазоне 1…100 Дж/см². Этот метод имеет ряд преимуществ по сравнению с термической обработкой. Вследствие короткого времени нагрева имплантированные слои могут быть термообработаны без заметной диффузии имплантированной примеси. Имплантированные аморфные слои толщиной 100 нм перекристаллизуются в течение нескольких секунд при температуре 1073 К по механизму твердотельной эпитаксии.

Рис. 11. Профиль распределения мышьяка, имплантированного в кремний  и термообработанного с использованием лазера непрерывного действия и с применением стандартной методики отжига: 1 – термический отжиг, 2 – лазерный отжиг.

 

Значительным преимуществом метода термообработки импульсным лазером  является то, что после расплавления и кристаллизации аморфных слоев  по методу жидкофазной эпитаксии в них отсутствуют линейные дефекты. Полагают, что в процессе импульсного лазерного отжига происходит расплавление аморфного крмения и его кристаллизация из жидкой фазы на монокристаллической подложке. Однако в перекристаллизованных после ионной имплантации слоях содержатся точечные дефекты значительной плотности, появление которых связано с протеканием быстрого процесса кристаллизации. Применение отжига при низких температурах (673 К) в среде водородной плазмы уменьшает плотность точечных дефектов. С использованием технологии лазерного отжига создают биполярные и МОП-транзисторы, кремниевые солнечные батареи.

Исследования процесса отжига имплантированных структур приводит к выводу о том, что влияния отжига на аморфные слои и на точечные и линейные радиационные дефекты различно.

Одной из основных проблем технологии ионного легирования является определение  минимальных температуры и времени  отжига, необходимых для полной активации  доноров и акцепторов при условии  полного устранения остаточных дефектов.

При определенной температуре дефекты можно устранить термообработкой. Для устранения дефектов решетки необходима энергия активации, т.е. осуществляется активизация материала, встраивание атома легированной примеси в кристаллическую решетку основного материала и установление химических связей с соседними атомами. Эта энергия определена для каждой структуры дефектов (рисунок 5). Например, для дивакансий требуется энергия активации 1,25 эВ, в то время как для обычных дефектов 0,33 эВ. Вероятно, многократные дефекты решетки, большие, чем дивакансии, имеют более высокую энергию активации. Обычный отжиг не гарантирует полного 100% избавления от дефектов, более совершенным методом является лазерный отжиг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

 

В настоящее время ионная имплантация, под которой понимают внедрение высокоэнергетических ионов в твердое тело, получила широкое распространение в различных областях науки и техники. Ее важнейшее применение связано с управлением проводимостью полупроводников путем бомбардировки их ионами определенного типа. Но, кроме этого, существуют и другие области использования ионного внедрения в современных технологиях: упрочнение металлов и сплавов, модификация оптических, механических, электрофизических и ряда других физико-химических поверхностных свойств материалов. Мы остановимся, в основном, на вопросах ионного легирования материалов электронной техники и в первую очередь – кремния. Однако изложенный здесь материал носит в достаточной степени общий характер и может быть легко перенесен на ионное легирование более сложных многокомпонентных материалов.

В современных технологиях изготовления ИС и особенно СБИС и УБИС ионная имплантация стала основным технологическим  процессом внедрения примесей в различные функциональные слои. Распространение  технологии ионной имплантации вызвано следующими ее достоинствами.

1. Позволяет получать высокооднородные  и хорошо воспроизводимые профили концентрации внедряемой примеси, что достигается путем управления током пучка ионов и их энергией. Кроме того, технология ионного легирования дает возможность создать специальные формы профилей (полиэнергетическая ионная имплантация).

2. Прекрасно согласуется с планарной  технологией изготовления ИС. Оксид кремния, используемый в качестве масок при диффузии, а также фоторезистом, можно применять и для маскирования ионного пучка.

3. Является низкотемпературным  процессом за исключением ее  специальных применений.

4. Позволяет внедрить в мишень  ионы практически любого элемента периодической системы.

Естественно, технология ионного внедрения  имеет и недостатки, главный из них – создание радиационных дефектов, которые обычно устраняются в ходе операции отжига.

 

Список используемой литературы

 

1. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных  устройств  - М.: Радио и связь, 1991. – 528 с.

2. Технология ионного легирования Под ред. С. Намбы: Перевод с японского – М.: Сов радио, 1974 – 160с.

3. Курносов А.И., Юдин  В.В. Технология производства  полупроводниковых приборов в  ИМ – М.: Высш. школа, 1986. – 320с. 

4. Зорин Е.И. Ионное  легирование полупроводников – М.: Энергия 1975. – 128с.

5. Бубенников А.Н. Моделирование  интегральных микротехнологий, приборов  и схем – М.: Высшая школа  1989. – 320с.