Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Все это снижает эффоктивность методов высокотемпературной диффузии, затрудняет высокоэффективную автоматизацию и интеграцию всего технологического процесса. поэтому поисковые работы в области технологии создания областей заданной проводимости н концентрации направлены на увеличение эффективности процессов, рациональном сочетании этих процессов с другими методами легирования. Рис.
В.17. Формирование методом высокотемпературной диффузии областей транзисторной биполярной структуры Ионная имплантация нонния имплантация (ионное внедрение, ионное легирование) представляег собой процесс введения примесных атомов в твердое тело путем бомбардировки его поверхности Ускоренными ионами. ПРактически метод ионной имплантации состоит в бомбардировке твердых тел пучками Ускоренных ионов с энергией в пределах от 1О кэВ до 1 МэВ с целью создания в них локальных неоднородностей н р — и-переходов, ускоренные ионы проникают в кристалли'ес«ую решетку, преодолевая отталкивающее противодействие положительных заряжен"ь|х ядер атомов.
Ионы более легких веществ проникают глубже, чем ионы тяжелых асбеста, олнако траектория движения последних более прямолинейна, зуонна проникания ионов в среду характернзуетсв понятием пробега. Средний нормапь"ый пробег ) представляет собой проекцию траектории среднего полного пробега на направление первоначальной скорости иона. Прн точной ориентации направления падения "Учка ионов вдоль кристаллографической оси происходит калалированве ионов в крн- Часть П Микроэлектроника зги сгалле. В этом случае пробег ионов существенно больше, чем при неориептированном получении. Ион может вызвать в решетке зоны разупорядочения, размер которых можа„ составлять 3 — 10 нм.
Это происходит в том случае, когда энергия, переданная ионом ато. му решеткИ, пРевышает энер1ню СВЯЗИ атОмОВ В тасрдОм теЛе. Разупорядоченные зоны нли радиационные дефекты при облучении накапливаются, и ко1да число их превосходит критическое значение, происходит локальный перехол кристаллической структуры в аморфный слой. Большинство внедренных ионов находится в междоузлиях и не являсчея электрически активным.
Для восстановления кристаллической структуры облученнуьэ среду от>кига1от, в результате чего происходит распад радиационных дефектов. В это;ке время ионы примеси занимают вакантные узлы, внедряются, образуя области с заданной концентрацией примеси илн р п-переходы, Конструктивно установка для ионной им. плантации представлена на рис. 5.18. Источником ионов служит газоразрядная камера, в которой с помощью электронной бом бардировки происходгп ионизация молекул И атомОв ИмПЛантнруемОГО ВЕщветаа.
ДОПОЛ. нительная ионизация осущесз.вляется с помощью мапштиого сепаратора. Обычно ис пользуются два или более источников ионов примеси для получения областей р- н и-типов. 11апример, в качестве источника акцепторной примеси используется трехфтористый бор (Врз), поступающий из бш1лона с натекателем.
В качестве донорной примеси часто используют пары фосфора, образуемые в нагревателе с красным фосфором. Ионы имитируются с помощью аытягивающих электродов, подключенных к источнику высокого напряжения. Ионный пучок формируется в канале с помощью магнитного сепаратора и систем фокусирования и сканирования. После прохождения магнитного сепаратора, в котором происходит отбор ионов по массе, они попадают в систему фокусировки.
Сформированный ионный пучок сканирует поверхность, расположенную в вертикальной плоскости. Заслонка в канале предназначена для перекрытия ионного пучка при наборе заданной лозы облу <ения. Ускорительная трубка с источником высокого напряжения (- 200 кВ) предназначена для ускорения ионов до нужной энергии, Облу чаемый материал помещается в кассету барабанного типа, расположенную в приемной камере, которая от- качана до уровня 10 ' Па. Одпоролность легнрования конструктивно обеспечивается вращением барабана и сканированием ионного пучка в заданное время облучении! 1с), определяемое из соотношения 2яЦ а / 1'дс сг — угол сектора облучаелзой окружности бараоана; 0 — доза оолучения, Кл™ .1 — плотность ионного тока в пучке, Л)м .
Рис. 5.18. Схема установки ионной имплантации. 1 — источник ионов; 3 — вытягивающие злектроды; 3 — канал; 4 — магнитный сепаратоР' 5 — система фокусирования и сканирования, б — заслонка, т — ускорительняя трубка, 8 — источник высокого напряжения; 9 — приемная камера, 10 — баРабаН, 11 — баллон с натякятепем б Технология производства интегральных схем доза облучения определяет число частиц, внедренных а единицу поверхности: 0 д Ф= — = —, гу ел где гу — — заряд одного иона, и -- кратность ионнзацин, е — заряд электрона.
Отличительной особенностью метода ионной имплантации является возможность создания максимальной концентрации не на поверхности, что было хараигерно для диффузионных процессов, а в глубине среды. Это происходит потому. что с увеличением энергии ионов максимум концентрации располагается в глубине полупроводника.
Поверхностная концентрация при этом падает. С повышением элер(ии ионов до 2,5 МэВ повышается глубина проникновения. Инверсионный слой концентрации примеси в этом случае формируется в глубине среды, образуя р — и- и и — р-переходы (рис. 5.! 9). б) рис. В.19, Образование р — и-переходов при внедрении ионов малых (а) н больших (б) энергий В режиме каналирования пучков возникают нежелательные слабо контролируемые эффекты.
Следует отметить, что при полном легировании концентрация свободных носителей заряда в легированном слое маньи>е концентрации внедренных примесей. Это происходит из-за попадания ионов в междоузельное положение, где они электрически неактивны. Коэффициент использования примесей, например, для акцепторной примеси составляет К,~ = лх ч- Л'х/У,, где лл- концентрация дырок в инверсном слое„дх —.
концентрация доноров в исходном «Ремнии; Ах — средняя концентрация введенных атомов акцепторной примеси. Аналогично выводится коэффициент использования Ап при внедрении донорной примеси. .г Электрические свойства полупроводника зависят как от количества имплантированных ионов, так и от числа радиационных дефектов. (а пРактике при создании транзисторных структур используют оба способа внедрения "Рнмесей: высокотемпературную диффузию и ионную имплантаппю. В технологическом "Роцессе на стадии загонки примеси используется ионная имплантация, а в дальнейшем "иффузионная Разгонка. В этой весьма перспективной технологии сочетаются достоинст"в методов: точность дозировки ионной имплантации и глубокие уровни залегания переодов, характерные для процесса днфф»зии. процессе ионного легирования важна операция отжита, при которой устраняются равная(ионные дефекты н активизируются виелренные атомы.
Режим отжига зависит от дозы облучения. Т(ля малых доз температура отжига составляет 7;„„< 2бп 'С, для боль- Часть П. Микроэлекгроник ших — 7„, > 570 'С. Заметим, что граница межлу понятиями оггьхгиг и диффузия лежи~ волизи ) ООО *С. При температурах < ! ООО 'С процессами диффузии можно пренебречь Метод ионной имплантации, используемый для создания статических неоднородностей в микроэлектронных приборах н устройствах, имеег ряд преимуществ: О нетермический характер введения примесей ооеспечивает бодьшой выбор легиру, ших примесей; О чистота вводимой примеси в технологическом процессе; О широкий диапазон концентраций вводимой примеси; О эффективный контроль дозы вводимой примеси, что позволяет достичь высокой вес. производимости резулы атов; О высокая однородность легирования; О возможность создания неоднородности проводимости в объеме континуальной среды путем подбора энергии ионов; О возможность создания неодноролностей субмикронных размеров; О сокращение длительности производственного процесса по сравнению с методом диффузии; О возможность автоматизации технологического процесса.
Тенденции в развитии метода ионной имплантации заключаются в преодолении ограничений физического и технического характера, среди которых: О возникновение радиационных нарушений кристаллической решетки, растущих с дозой внедрения примесей; О трудность создания примесей на глубине более 2 мкм; О сложность эксплуатации технологического оборудования и его высокая стоимость. Радиационно-стимулированная диффузия Рпднгпшокно-сгиил~уллрованная дяфф>зия гРСД) представляет новое направление, яв ляюшееся комбинацией высокотемпературной диффузии и ионной имплантации.
Этот метод сконцентрировал в себе ряд достоинств обоих ранее описанных методов. Сущность метода РСд заключается в бомбардировке кристазла легкими ионами, энергия которых передается атомам подлозкки. Вследствие этого наблюдается смещение атомов в междо узельное пространство и образуются вакансии, В определенных условиях вакансии могут мигрировать в кристалле, меняясь положением в решетке с соседними атомами основно"о кристалла или атомами примеси. Эта часть процесса носит диффузионный характеР" аналогична термической генерации дефектов. Ионная бомбардировка увеличивает коэф фициент диффузии любой примеси. При стимулировании диффузии в полупроволника" метолом ионной бомбардировки главную роль играют неравновесные вакансии и межло узельные атомы.
Ионизационные и полевые эффекты существенной роли не играют ПР оцесс РСД обычно описывается диффузионными уравнсния ми вида: фч и нл' нм — = —  — ч- я —, аг пх егх Нх где гу — коэффициент радиационно-стимулированной диффузии, г — скорость пере смещения поверх ости вследствие ее распьшен Приведен ые урав ения несколько отл глиной чаются от известных уравнений Фика, описываюшнх процесс высокотемпературн диффузии. 327 б, Технология производства интегральных схем Процесс РСД осущесталяется ионами электрически неактивных примесей 1Нь Не, Х, Аг ядр.) высокой нли низкой энергии. Обработка среды аьюокознергетичными ионами 110--100 КэВ), например, протонами обеспечивает целенаправленное управление концентрацией н типом распределения примеси а уже сформироаанных структурах. Глубина проникновения примеси зависит от длительности протонной бомбардировки, энергии протонов и интенсивности оолучення.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
