Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Технология изделий интегральной техники - файл Конспект лекций_«Технология изделий интегральной техники».doc


Загрузка...
Лекции - Технология изделий интегральной техники
скачать (17097.2 kb.)

Доступные файлы (1):

Конспект лекций_«Технология изделий интегральной техники».doc18720kb.21.06.2006 09:24скачать

Конспект лекций_«Технология изделий интегральной техники».doc

1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   14
Реклама MarketGid:
Загрузка...
^

5. Основы ионного легирования



Интенсивная разработка метода ионного легирования (ионной имплантации) полупроводников началась как в нашей стране, так и за рубежом в начале 60-х годов.

Интерес к методу ионного легирования (ионно-лучевого легирования) вызван тем, что он обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с традиционно существующими – диффузией, вплавлением и легированием из расплава.

Сравнительно низкая температура обработки полупроводниковых подложек, точный контроль глубины и профиля распределения примеси, гибкость и универсальность, возможность полной автоматизации – основные достоинства метода.

^

5.1. Понятие о технологии ионного легирования



Ускоренный ион, внедряясь в полупроводниковую пластину, являющуюся мишенью, теряет энергию и производит так называемое ионное легирование. Это явление можно рассматривать как рассеяние падающих ионов на отдельных атомах, образующих твердое вещество.

Процесс ионного легирования зависит от:

1) скорости ионов,

2) массы ионов,

3) материала мишени,

4) ориентации пучка.

Так как при этом ионы пучка и кристаллической решетки взаимодействуют, возникает ряд интересных явлений.

На рисунке приведена схема распределения внедренных ионов в кристалле.



^ А – область, в которой распределение имеет такой же вид, как и в аморфной мишени.

Б – область деканалирования.

В – распределение атомов, создаваемое каналированием.

Внедряя ионы III и V групп в монокристалл кремния можно получить p-n-переход в любом месте, на любой площади. Для аморфных тел глубина внедрения ионов пропорциональна ускоряющему напряжении, и ее можно регулировать, изменяя энергию падающих ионов. Используя ионы высокой энергии в результате их глубокого проникновения в кремний n-типа можно получить скрытую область p-типа и, наоборот в p-кремнии создать скрытую область n-типа.


Низкая энергия Высокая энергия





Переход, образованный в результате ионного легирования.

Основное преимущество метода ионного легирования перед диффузией – это свобода выбора легирующей примеси независимо от вида полупроводникового материала, так как при ионном легировании нет необходимости учитывать степень растворимости примесей и коэффициент диффузии.

^

5.2. Оборудование для ионного легирования



Возможности методов диффузии оказались ограниченными при миниатюризации приборов и повышение точности определения количества вводимых примесей. По методу ионного легирования введение примесей в полупроводник осуществляется за счет кинетической энергии ионов примеси, и их количество может быть точно определено электрическими методами.


Конструктивная схема установки ионного легирования:





Наиболее типичными являются:

  1. высококачественный ионный источник;

  2. ионный источник с электронной бомбардировкой;

  3. ионный источник питания;

  4. уроплазмотрон.

Движение электронов в магнитном поле описывается системой уравнений в ортогональных координатах:








где e – заряд электрона;

m – масса заряженной частицы;

B – напряженность магнитного поля.

Электроны и ионы совершают вращательное движение в соответствии с этим уравнением.

^

5.3. Длина пробега ионов



Распределение внедренных ионов по глубине распределяется:

  1. величиной ускоряющего напряжения;

  2. направлением движения ионов относительно мишени;

  3. температурой мишени при внедрении;

  4. температурой последующей термообработки.

Внедряемые ионы при многократном столкновении с атомами мишени постоянно теряют свою первоначальную энергию и останавливаются.

Рассмотрим случай, когда мишень является аморфной. Внедряемые в мишень ионы, двигаясь, меняют направление своего движения из-за столкновений с атомами мишени. В свою очередь атомы мишени в результате столкновений могут приобрести энергию, достаточную для движения в твердом теле (рис.).





В результате вдоль траектории внедренных ионов образуется многочисленное число вакансий и между узловых атомов. Если процесс происходит в кристаллическом поле, то в результате больших искажений его кристаллической решетки может произойти аморфизация решетки такого тела.

Расстояния, проходимые внедренными атомами до остановки, имеют определенные, но различные для каждого вида ионов значения. Теория вероятности позволяет их вычислить.





Длинна пробега внедренных ионов:

R - полная длинна пробега;

Rпр – проекция полной длинны пробега.

К механизмам потери энергии внедряемыми ионами можно отнести взаимодействие между внедряемыми ионами и электронами мишени (неупругие столкновения), а также упругие столкновения внедряемых ионов с ядрами атомов мишени. Если энергия ионов относительно мала, они теряют ее при упругом столкновении с ядрами мишени, а если энергия велика – при взаимодействии с электронами. С увеличением массы внедряемых ионов потери энергии за счет столкновений с ядрами возрастают.

Для определения длинны пробега внедряемых ионов будем считать, что эти механизмы потери энергии действуют одновременно и повсеместно. Средняя величина энергии, теряемой на единице длинны пробега внедряемого иона:


, (1)


где ^ N – среднее количество атомов в единице объема мишени;

Sn(E) – ядерная тормозная способность;

Se(E) – электронная тормозная способность.

Средняя полная длинна пробега R для ионов с энергией Ei определяется интегрированием (1):


. (2)


Поскольку при определении длинны пробега таким методом пренебрегают погрешностью в энергии, теряемой на расстоянии dx, и учитывают лишь среднюю величину, определение длинны пробега действительно лишь в первом приближении.

Если известны значения Sn(E) и Se(E), то по формуле (2) можно определить R (полную среднюю длину пробега). Величиной, определяемой экспериментально, является проекция пробега на направление первичного ионного пучка.

Закон распределения концентрации ионов, внедрившихся в полупроводник, записывается в виде:


,


где ^ Q – поверхностная плотность внедряемых примесных ионов, определяемая дозой облучения D=qlQ (l – целое число, соответствующее заряду иона).

Максимальную концентрацию внедряемых ионов определяют по выражению:





Графики распределения внедренных ионов обычно строят в относительных единицах (N(a)/Nmax). При ионном легировании максимальное значение концентрации Nmax наблюдается на некотором удалении от поверхности, зависящем от энергии ионов, при этом чем больше энергия, тем глубже располагается максимум концентрации внедряемых ионов.

При внедрении ионов акцепторной примеси коэффициент использования вводимых ионов определяется по формуле:


,


где p – средняя концентрация дырок в легированном слое, NД – средняя концентрация внедренных атомов акцепторной примеси.

1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   14



Скачать файл (17097.2 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru