Скачать презентацию ИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ ВНЕДРЕНИЕ 10 Скачать презентацию ИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ ВНЕДРЕНИЕ 10

6 ИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.ppt

  • Количество слайдов: 22

ИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ (ВНЕДРЕНИЕ) (10— 103 кэ. В), • 1 - источник ионов; 2 - ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ (ВНЕДРЕНИЕ) (10— 103 кэ. В), • 1 - источник ионов; 2 - масс-спектрометр; 3 - диафрагма 4 - источник высокого напряжения; 5 - ускоряющая трубка 6 – линзы; 7 - источник питания линз; 8 - система отклонения луча по вертикали и система отключения луча; 9 - система отклонения луча по горизонтали; 10 - мишень для поглощения нейтральных частиц; 11 – подложка.

Основы метода • Ионное легирование осуществляется в два этапа: внедрение ионов, отжиг. • Внедрение Основы метода • Ионное легирование осуществляется в два этапа: внедрение ионов, отжиг. • Внедрение ионов принципиально отличается от диффузии с точки зрения механизма процесса. Движение ионов в полупроводнике определяется их начальной кинетической энергией

• Ионное внедрение—быстрый процесс, его можно проводить при комнатной температуре, применять для легирования • Ионное внедрение—быстрый процесс, его можно проводить при комнатной температуре, применять для легирования примесями с низкими коэффициентами диффузии или низкими растворимостями в твердой фазе, а также для легирования полупроводников с низкой температурой плавления.

• Эффективность применения, ионного легирования определяется многими факторами, главными из которых являются: • • Эффективность применения, ионного легирования определяется многими факторами, главными из которых являются: • пробег внедренных атомов, • степень и характер разупорядочения решетки, • распределение атомов примеси в кристаллической решетке.

Теория ионной имплантации разработана датскими учеными Линдхардом, Шарфом и Шиоттом и получила название теории Теория ионной имплантации разработана датскими учеными Линдхардом, Шарфом и Шиоттом и получила название теории ЛШШ. Согласно этой теории движущиеся в подложке ионы теряют свою энергию в основном за счет двух механизмов: из-за столкновений с атомными ядрами мишени (ядерное торможение) и из-за взаимодействия с электронами (электронное торможение).

В первом приближении считается, что оба вида потерь не зависят друг от друга и В первом приближении считается, что оба вида потерь не зависят друг от друга и действуют одновременно. Потеря энергии ионов на единице длины пробега в этом случае определяется выражением • где Е - энергия иона в произвольной точке х на его траектории движения; • N – концентрация атомов подложки; Sn и Se – ядерная и электронная тормозные способности.

Разделяя переменные, получим Произведя интегрирование в пределах от начальной энергии иона Е до нуля, Разделяя переменные, получим Произведя интегрирование в пределах от начальной энергии иона Е до нуля, можно найти среднюю длину пробега ионов

Средний пробег иона с начальной Е 0 • где N — концентрация атомов в Средний пробег иона с начальной Е 0 • где N — концентрация атомов в подложке, см 3; Sn — поперечное сечение ядерного торможения (ядерная тормозная способность), э. В*см 2; Sе — поперечное сечение электронного торможения (электронная тормозная способность), э. В*см 2

• Авторам теории ЛШШ удалось получить расчетные соотношения и для коэффициента пропорциональности k • Авторам теории ЛШШ удалось получить расчетные соотношения и для коэффициента пропорциональности k в выражении и для ядерной тормозной способности Sn. Выражения эти довольно громоздки, поэтому покажем лишь качественно зависимость Sn и Se от энергии ионов.

Зависимости Sn и Se от энергии ионов Зависимости Sn и Se от энергии ионов

• При некоторой энергии Екр тормозные способности Sn и Se равны другу. Если • При некоторой энергии Екр тормозные способности Sn и Se равны другу. Если энергия ионов меньше Екр, то преобладающий механизм торможения ядерный, если энергия ионов превышает Екр, то преобладает электронный механизм.

• В зависимости от направления движения ионов внедрение может быть двух видов: ориентированное • В зависимости от направления движения ионов внедрение может быть двух видов: ориентированное внедрение и разориентированное внедрение.

• Ориентированное внедрение (каналирование) — когда угол между направлением падения ионов и главным • Ориентированное внедрение (каналирование) — когда угол между направлением падения ионов и главным кристаллографическим направлением полупроводниковой пластины меньше критического. Движение ионов происходит по каналам.

Разориентированное внедрение ионов при угле падения больше критического сопровождается неупорядоченным движением ионов. Поверхность пластины Разориентированное внедрение ионов при угле падения больше критического сопровождается неупорядоченным движением ионов. Поверхность пластины 1 2 N 4 3

Химический элемент Энергия иона, 1, 6∙ 10 -16 Дж Критические углы каналирования, град As Химический элемент Энергия иона, 1, 6∙ 10 -16 Дж Критические углы каналирования, град As 30 4, 2 3, 5 3, 3 3, 7 3, 2 2, 9 30 4, 5 3, 8 3, 5 4. 0 3, 4 3, 0 30 5, 2 4, 3 4, 0 50 P [100] 50 N [111] 50 B [110] 4. 5 3, 8 3, 5 30 5, 9 5, 0 4, 5 50 5, 2 4, 4 4, 0

Распределение внедренных ионов определяется законом Гаусса • где Q — доза облучения, см-2; ΔRх Распределение внедренных ионов определяется законом Гаусса • где Q — доза облучения, см-2; ΔRх — среднеквадратичное отклонение нормальных пробегов, см; х — глубина внедрения ионов, см, Rх – средний нормальный пробег, см

Зависимость распределения примеси от энергии иона Зависимость распределения примеси от энергии иона

• Отжиг после ионного внедрения необходим для восстановления нарушенной кристаллической решетки полупроводника. За • Отжиг после ионного внедрения необходим для восстановления нарушенной кристаллической решетки полупроводника. За 10. . . 20 мин при температурах до 600 -800 °С смещенные атомы полупроводника и внедренные ионы приобретают достаточную подвижность и переходят в вакантные узлы решетки.

Основные преимущества ионного легирования • 1) возможность точного задания конфигурации распределения концентрации примеси как Основные преимущества ионного легирования • 1) возможность точного задания конфигурации распределения концентрации примеси как по глубине, так и по площади облучения. При этом градиент концентрации примеси в области р-n-перехода существенно больше, чем у диффузионного профиля; • 2) осуществление процесса при низких температурах (около 600— 800°С для отжига), что позволяет сохранять заданный профиль распределения концентрации примесей в структурах и их электрофизические параметры; • 3) возможность легирования кремния и других полупроводников любыми легирующими примесями в различных количествах, вплоть до предельной растворимости; • 4) получение изотопной чистоты ионов легирующей примеси, сепарированных в магнитном поле; • 5) отсутствие влияния окружающей среды, так как процесс осуществляется в вакууме; • 6) высокая воспроизводимость результатов благодаря точному контролю интенсивности пучка и дозы внедряемых ионов;

• Недостатки ионного легирования — сложность технологических установок и возможность образования дефектного слоя • Недостатки ионного легирования — сложность технологических установок и возможность образования дефектного слоя на поверхности подложек.