К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Считается, что на юанмодействне с электронами энерпи не расходуется. Распределение дефектов по глубине мишени описывается, как и распределение внедренных ионов, функцией Гауаса, однако максимум распределения дефектов отстает от максимума распределение ионов. Отношение средних проекций пробегов дефектов хх к Е, составляет 0,8 - 0,9. Для устранения возникших при имплантации дефектов проводится отжиг. Термический отжиг изделий проводится при температуре 500 - 1100 'С в течение не менее чем 20 мин. В последнее время широко используется лазерный импульаный отжиг имплантнрованных слоев а плотностью энергии 1 100 Дж/смз.
Этот метод, называемый быстрым отжитом вследствие краткости (несколько пикосекунп) времени обработки, имеет существенные лреимущеаиа перед термическим отжитом: быстрый отжиг относится к экологичеаки чистым процессам, исключюощим загрязнения от элементов конструкции оборудования; кроме импульсного лазера, можно испопьзоюпь импульсные эпекгронньге н ионные пучки, сканируемые лучи электронов и лазера непрерывного действия, широкополосные спектральные источники (высокоинтенсивные лампы, например криотроны).
кжх назначение и оепьстн пгщнвнвния Ионная имплантация в микроэлектронике получила широкое применение. При производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем она позволила не только снизить себестоимость, повысить зффектявноап изделий микроэлектроники, но и сазпягь принципиально новые приборы. Основным технолопгческим процессом цопупроводннковой электроники долгое время являлась контролируемая диффузия легнрующих эяемегпов в полутцюводннковых кристаллах.
Атомы легирующих примесей при этом обычно располагаются в узлах кристаллической решетки и этим определяют электрические свойспи прибора. Их концентрация не мозкет превышать равновесной растворимости при температуре 900 - 1100 С, а распределение по глубине можно вычислить, зная коэффициент диффузии и время процесса.
Важным преимушеством ионной имплантации перед диффузией при высокой температуре аюиется то, что содержание введенных атомов примеси в основном определяется не физическими свойствами подложки, а внешней системой, обеапечивающей соответствующие параметры пучка ионов. Например, легнруюшую примесь можно вводить при понюкенной температуре, при которой обычная диффузия невозможна. Концентрация вводимой примеси может существенно превышать предельную растворимость при данной температуре, что невозможно при диффузии. Выбор легирующнх элементов также значительно шире. Главные факторы, от которых завиаит эффекпиность практического применения ионной имплантации, - распределение пробегов внедренных атомов, степень и характер разупорядочения решетки, создаваемого при внедрении, локализация внедренных атомов в криапашичеакой решепсе и (в конечном очете) электрические характеристики областей, сформированных в результате ионного внедрения и последующего оиппэ.
В микроэлектронике подавляющее большинство полулроводниковых приборов и ИС создается на основе кремния. Другим материалом, получюощим все большее применение, яюиется арсенид галлия. Первым промышленным применением ионного легироваиия была разработка транзистора со структурой металл - диэлектрик - полупроводник (МДП). И до настоящего времени ИС на МДП- транзисторах, в том числе на комллементарных (дополняющих) транзисторах (КМДП), яюиются иэделиями, в производстве которых ионная имплантация остается основным: процессом. С увеличением степени интеграшяи и рабочей частоты полупроводниковых приборов н схем уменьшаются как горизонтальные, так и вертнхальные размеры отпельных элементов, из которых состоит схема. Например, толщины базы и эмнггера в активной области биполярного транзистора могут быль порядка 0,1 мхм.
Получить столь тонкие слои в заданном количестве и с нужным распределением примеси можно сейчас только с помощью ионной импланпщии. При этом следует точно вьщервпиягь иаметрические размеры легнруемой области, которые не превышают 1 - 2 мхм. Для формирования с высокой точносп,ю различных областей биполярных и МДП- Глава 24. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ 2.4.1. Средние проеяцнп (нм) пробегов и еппшартные пчвювепня распределений (вм) ионов в кремнии Энорпн иона, хзн Ион 40 120 140 180 80 1!В+ я, Ая, 537 110 603 116 665 121 725 126 469 102 73 32 244 71 324 84 161 54 398 94 77А1+ я г Ая 266 65 297 70 56 19 85 27 114 35 144 42 175 48 205 54 236 60 29 11 55Р+ Ая, 254 61 29 9,4 49 16,4 73 23 175 47 201 52 288 57 98 30 123 35 149 41 75Аа+ Ая 16 48 10,5 79 16 110 22 27 6,2 38 8,4 58 12,5 68 14,5 89 18 99 20 3,7 глбЬч я„ Ая, 74 53 8,4 67 10,5 81 12,5 14 3,8 31 38 6,3 46 60 9,5 2,4 5,1 11,5 транзисторов к процессу легирования предьявляится высокие требования, которые может удовлетворить только ионное внедрение.
Технологические приемы полупроводникового производства, основанные на использовании ионной имплантации, можно разделить на три основных группы: синтез материалов, получение легированных областей и контролируемое введение радиационных дефектов. Синтез материалов осуществляешя благодаря точному управлению количеством введенной примеси. Методом ионной имплантации возможно получение стехиомегрически выдержанных соединений практически любого состава Прющипюльным ограничением являешя малая толщина синтезированного магериии из-за малой длины пробега иона„не превышающей 2 - 3 Я Пленки оксида, ингрида и карбида кремния были сюпезированы имплантацией в кремний ионов О2, Х2 и С+.
На алмазе был получен карбид кремния имплантацией ионов 81+. На арсеииде шллия имплалтацней ионов Р+ и А1+ получены твердые растворы ОаАзР и А1ОаАа. На хремнии можно получить пленки 8105 имплантацией ионов 540+ с энергией 30 кэВ. При пробеге иона кислорода около 40 нм доза, необходимая для создания такой шинки, должна быль порядка 1058 см з, а толщина оксида составляет около 80 нм. Отжиг пленки, сохраняющий неизменными свойства кремния под оксидом, проводится при температуре 800 'С. Толщина оксида не изменяешя. Свойства пленок диэлектриков, полученных этим методом, оказались значгпельно хуже чем пленогс осажденных плазменными методами или сформированными в результате химичеокой реакции при разложении кремний- содержащих соединений в соответствующей шзовой среде.
Синтез других материалов ограничивается длительностью технологического процесса и распылением подложки тяжелыми ионами, не позволшошим вводить их большими лозами. Поэтому в технологии изготовления интегральных схем этот метод не нашел применения. Введение легируюших примесей в полупроводник методом ионной имплантации является основным технологическим приемом изготовления полупроводниковых приборов н интегральных схем.
Ионное внещзение, как вагонка дозироваиного количества примеси, сочечвешя с диффузионной разгоюсой прк послед,лощем отжиге легированных слоев. При ионной имплантации используются те же примеси, что и при термической диффузии, а также те же материалы для маскирования с теми же толщилами, что и при диффузии. На имплаипщия позволяет управлять дозами облучения от 101Е до 1057 см З при высокой производительности. Важнейшим достоинством метода ионной имплантации яля серийного производства является возможность точного контроля полного количества введенной примеск и высокая однородносп легирования по поверхности пластины полупроводника.
Неоднородность распределения плотностк внедренной примеси по пластине диамецюм 150- 200 мм ие превышает 1 - 2 %, а воспроизводимость от процесса к процессу - 3 %. Распределение примеск в кремнии считается гауссовым и описывается уравнением (2.4.1). Для основных примесей, используемых в технологии юготовления кремниевых приборов и схем, вычислены в зависимости от типичных значений энергии ионов значевиа двУХ пауамстРОВ Распдеде7иннп пРимеси )(я Я А)Гг (табл.
2.4. 1). НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 12? 6(з) Е,лэВ гры Ш ?Вы В, В) Е,ллр Аар Рве. 2.4.5. Хараатэр раааредевеюы враиэсв врв вэааая вваваазаява (зверева ааааа едваааэаа) Однако реалыпае распределения ионов когут существенно озпичатьсл от гауссовых. Это вызвано двумя причинами. Во-первых, ю-за различия маса ионов и атомов решетки кремния поваляется асимметрия распределения. Если массы иона (М1) и атома (.Щ сильно различаются, возможно явление обратнопз р~~~~~~~~ ионов прн М1 Р М2, нх ториакеиие вблизи поверхности кремния, и распределение примеси слева от максимума будет растянутым.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
