К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 45
Текст из файла (страница 45)
В случае, если Мг < М2 (рис. 2.4.5, а), ионы при внедрении способны выбивав атомы креюпш, сообщая им достаточную энерппо для движения в направлении ямплантнруемой примеси. Смещенные атомы переносат энергию на большую глубину, в результате на профиле распределения примеси появляется "хвост" справа от максимума распределения (М1 > М2) (рис. 2.4.5, 6). Во-вторых, при имплантации в кремний таких примесей, как бор и особенно фосфор, ыметно проявляется эффект каналирования. Вследствие этих шщений распределение примеси не может быль описано обычной экспоненциальной зависимостью. В современной технологии изготовления ИС на МОП (металл - оксид - полупроводник) и биполярных транзисторах используется до 10 различных режимов ионной имплантации (рис. 2.4.6).
В МОП-технологии наиболее точным явзшется процесс полдегнрования подзатворной области транзистора для регулирования порогового напрвження. В биполярной технологии наиболывие слозкности связаны с фсрмзцюванием субмикронных толшпн областей эюптера и базы транзистора. База р-типа создается внедрением ионов бора, а эмитгер л"-типа - ионов фосфора или мыагьяка. При внедрении фосфора вследствие эффекта каналирования найподается "хвост" распределения лмплантированных ионов, который может перекрыюпь распределение примеси в базе и изменять количесшо носителей тока в ней. Тяжелые ионы мышьяка не создают каналироынного "хаосы", вследствие чего их испсльзоыиие в качестве эмитшрной примеси предпочтительнее. 4В 16" 16" 13э ЯГ" гри Ва ' Ф Рве.
2.4.6. Дввыэеам эвереая в Ваэ, вывыыуеыых даа фарвнуеваааа зраизвсплыых егрувгур а юыгвравеаыэвх ИСз а - Лва МЛП-ззввэвсгсров; 1 - управление зарядам в лассвваруюшвм скааде; 2- улрэваэнае пороговым нэпраненвем; 3- пааучевиа реэастсра; 4- павузэлве кармана КМОП-транзлшора; 5 - сэмсссвмешанве; 6- сгаэлюынве; Г- исток; 1? - югвср; Ш- сток; 6- двэ биполярных зрэюнсгсрав; 1- аегвревэнае базы; 2- уменьшение шврввм базы; 3 - Пызвчалве Лревфсвсгс нува; 4- сывческвй ксвтэкг; 5- получение эмвтгара и сарыттс ааеа; 1- база; П - эмвтзар; Ш -хсэаэкзаэ В результате бомбардировки поверхности полупроводника и внедрения в его объем ионов примеси в кристалле возиикюот радиационные дефекты, а при больших дозах ионов часть кристалла может становиться аморфной.
Число смещенных атомов кремния почти всегда больше числа внезцзенньзх ионов, поэтому в легированном слое обычно преобладают ловушки с глубокими энергетическими уровнями, что приводит к существенному росту удельного сопротивления полуцроводника. Ловупви захватывают и электроны, и дырки. Ионы, внедренные в полупроводник, теряя энерппо, останавливаются как в междуузлиях, так и в узлах кристаллической решепси.
Только в последнем случае онн создают сво- Глана 2.4. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ бодные носители заряда, т.е. являютая электрически активными и обеспечивают электропроводность легированной области. В междуузельном положении ионы элеюрически неактивны, для их перемещения в узлы решетки требуется сообщить им дополнительную энергию. С этой целью, а также ди устранения радиационных дефектов кристалл подверппот отжигу. Одной из основных проблем технологии ионного легиро ванин является определение минимальных температуры и времени отжита, необходимых для полной активации доноров и акцепторов при условии полного устранения остаточных дефектов.
В связи с этны необходимо доаппкение полной электрической активности примесей без значительной диффузии примесных атомов. Другая проблема связана а необходимостью получения очень мелких р-л-переходов для элементов СВИС а микронными размерами. Параметры процесаа отжига определяются видом ионов и их дозой. Влияние отжита на аморфные слои и на точечные и радиационные дефекты различно. В связи с этим поведение примесей и, следовательно, режимы отжиг» для различных примесей в кремнии существенно различаются.
В результате термического отлзпа происходит, в первую очередь, акпиацня примесей- переход их в узлы решетки полупроводника. При дозах порядка 10'з - 10~э ам з достаточно установить температуру отлжа 500 - 600 'С. с ростом дозы до 1014 - 10ГЗ см З необходимо увеличивать температуру до 800 - 900 'С. Для опкнга аморфизированных слоев при таких же больших дозах (например при импланпщии Р+ в кремний) темпершура отгона 500 — 600 'С достаточна двя акгивации примеси. Зто связано с протеканием твердафазной эпитаксиаильной перекр исталлизации аморфных имплантирошлных слоев на монокристалличеакой подложке. Для отжита слоев легированных тяжелыми ионами (например Аз+) температура активирующего стинга должна быль не менее 850 'С. При аморфизации подложки после отжита в области "хвоата" распределения примеаи, направленного от поверхности подложки, возникают линейные дислокации (около 5 нм).
При отсутствии аморфизации в подложке также образуются линейные дислокации по всему объему легированного слоя, для устранения которых необходим отжиг при температур 000 - 1ООО.С. Во время отлзаа в кристалле протекает диффузия имплантированной примеси. Если при этом не возникает потери примеси (испарения а поверхности), ее распределение может быль записано в виде (х — тер) 2А)1, + 4ВУ (2.4.2) ше .0 — коэффициент диффузии примеси при температуре отвпп»; Г - время отлит».
Соотношение (2А.2) справедливо при низких и средних дозах ионов (Д ( 10ы ам з). При больших дозах глубина диффузионного слоя возрастает с большей скороспю, чем следует из захонов обычной диффузии. Тахое явление называется ускоренной диффузней и объясняется появлением большого числа радиационных дефектов, распад которых сопровождается возникновением потока избьпочных точечных дефектов, ускорюощнх дюокение примеси.
При изготовлении микросхем учитывают явление ускоренной диффузии. Физическим процеа сом, обеспечивающим увеличение глубины р-л-перехода прн относительно низкой температуре отзюпв, явиется низко энергетическая радиационно- стимулированная диффузия (РСД). Она возникает в том случае, когда в кристалле удастся создать слой, служащий источнюсом неравновесных точечных дефектов (вакансий).
Для этого используются следующие процессы: облучение криствпа легкими частицами (протоны, нейтроны, ноны Не+, Аг', Х+ и др.), сощающими только точечные дефекты, проникающие на глубину, большую толщины легированного слоя; имплантация примеси с дозами 10н— 1014 амз, но небольшими энерпими, образующая большую концентрацию радиационных дефектов, при распаде тюаке вызывюощих поток неравновесных вакансий. Отжиг при температуре 500 - 700 С увеличивает коэффивиент РСД в кремнии примерно на пять порядков. Скорость диффузии при этом о1ранячивается не скоростью перемещения дефектов, а скоростью их генерации, так что увеличение коэФфициента диффузии пропорционально конце|працяи дефектов.
Ускорение диффузии атомов бора и фосфора в кремнии становится заметным при температуре ат 500 'С. Этв температура для кремния явиется нижней температурной границей, прн которой концентрация радиационных дефектов начинает превышать концентрацию термически равновесных дефекгов. С ростом температуры полупроводника радиацнонные дефекты релаксируют, концентрация их уменьшается, облучение слабо влияет на коэффициент диффузии.
Практическое применение РСД в полупроводниковой технологии осуществляется в аведуюлпи целях: НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 129 для регулирования концентрации примеси на значительной глубине от поверхности, для чего облучение протонами или ионами проводится при высокой энергии, чтобы большая концентрация дефектов возникла в глубине подложки; для уменьшения боковой диффузии р-лпереходов малой площади. При облучении кремния через маску боковая диффузия под маску определяется диффузионной длиной радиационных дефектов.
Концентрация примеси падает на порядок на расстоянии примерно двух диффузионных длин (около 0,17 мкм) от края мааки, а диффузия в глубину подложки опр алаи ешя коэффициентом диффузии примеси. В результате образуется р-я-переход, занимающий меньшую площадь, чем при термической диффузии. Вюкио, что низкая температура процесса с использованием радиационно-стимулированной диффузии не вызывает перераспределения примесей в ранее легированных областях полупроводника.
Одновременно с формированием активных областей транзисторов в ИС создаются резисторы. Легированные слои, наученные в результате имплантации и отзппа, яюиются по существу пповыми резистивными элементами с высокой однородностью поверхностного сопротивления. Изменением дозы облучения и температуры отвппа управляют удельным сопротивлением резистивного слоя от несколь-,- ких Ом/квадрат до сотен Ом/квадрат. Уникальная возможность ионной имплантации состоит в легироваиии атомами отдачи, которые могут получать достаточно высокую энергию от ускоренных ионов и пер емещатьая на несколько нано метров. Это позволяет создавать сверхтонкне снльнолегированные слои, необходимые юи многих полулроводниковых приборов, особенно СВЧ- диапазона. Вали на поверхность кремния нанести слой алюминия и бомбардировать ионами Я+, Аг' или ионами инертных газов, то ионы алюминия из металлической пленки перемещаются в поверхность кремния, где образуют слой с макаимальной концентрацией атомов у границы кремний-алюминий и спадающий по гиперболе до глубины 5 - 10 нм.
При этом удается получить выход первичных атомов отдачи до 10 на внедренный ион. Возникающие при имплантации радиационные дефекты используются лля создания разделительной изоляции ме:кду элементами схемы. Например, имплантащи ионов Ве", Вь создает непроводящие области в схемах на основе арсеннда галлия. Радиационные дефекты позволяют полу'ппъ амар физиро ванные слои для элементов памяти, геттерировюпи иаиалазельных примесей, изменения свойств поверхностей раздела полупроводник — диэлектрик и полупроводник - металл. Ионная имплантация в неполупроводниковые материалы позволила в широких пределах управлять свойствами металлов и диэлектриков. Удается сплавлять металлы, не смешиваемые в жидком состоянии; при 20 'С получать новью метастабильные сплавы со структурой раствора, которые нельзя получить обычными методами металлургии даже при высоких температурах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
