Исследование процессов ионного легирования полупроводниковых материалов (124864)

Посмотреть архив целиком












Реферат

«Исследование процессов ионного легирования полупроводниковых материалов»


Содержание


Введение

1. Физические особенности процесса ионного легирования

2. Анализ влияния технологических параметров на процесс ионной имплантации

2.1 Распределение внедренных примесных атомов

2.2 Радиационные дефекты

2.3 Отжиг радиационных дефектов

3. Схема устройства для ионной имплантации

4. Возможности математического моделирования процесса ионной имплантации

4.1 Методы моделирования

Список используемой литературы


Введение


Легирование полупроводника примесями проводится с целью создания различных приборных структур за счет изменения его электрофизических свойств: типа электропроводности, удельного сопротивления и других характеристик.

Реализованные и потенциальные преимущества ионного легирования позволяют: осуществлять процесс с высокой производительностью; создавать практически любые профили распределения за счет ступенчатого легирования; совмещать процесс легирования с другими технологическими процессами поверхностей обработки кристалла; получать прецизионное формирование профиля полупроводниковых структур. С другой стороны, ионное легирование имеет недостатки и ограничения. Есть определенные трудности в проведении процесса легирования, связанные с нарушениями, созданными ионной бомбардировкой, и окончательным местоположением внедренных ионов. Как правило, необходимо устранить эти нарушения в виде смещенных из узлов кристаллической решетки атомов полупроводниковой мишени и в то же время сделать внедренные атомы примеси электрически активными. Обычно это достигается частичным или полным отжигом. К другим ограничениям следует отнести трудность создания и воспроизведения глубоких легированных областей, сложность обработки больших полупроводниковых пластин из-за расфокусировки при существенных отклонениях ионных пучков.

Большое число регулирующих параметров процесса ионного легирования (доза, тип, энергия ионов, температура и среда отжига и др.) позволяют в широких пределах изменять свойства легированных слоев, но наряду с этим требуют глубокого физического понимания процессов внедрения ионов, их поведения в кристаллической решетке, кинетики образования и устранения радиационных дефектов, что необходимо для высококачественного технологического моделирования в конечном итоге эффективной реализации приборных структур и схем в интегральном исполнении. [5]



1. Физические особенности процесса ионного легирования


Процесс ионного легирования полупроводника включает две основных операции: собственно внедрение (имплантацию) ионов примеси и отжиг радиационных дефектов.

Ионная имплантация – процесс внедрения в твердотельную подложку ионизированных атомов с энергией достаточной для проникновения их в приповерхностные области подложки (от кило- до мегаэлектронвольт).

Наиболее общим применением ионной имплантации является процесс ионного легирования материалов, так как технология ионной имплантации позволяет с высокой точностью управлять количеством легирующей примеси. Ионная имплантация характеризуется универсальностью и гибкостью процесса, что позволяет получать необходимые концентрации примеси в случаях, когда другие методы неприемлемы (легирование бором и фосфором в алмазах). Маски при данном методе легирования могут быть изготовлены из фоторезистов, окислов, нитридов, поликристаллического кремния и др. Процесс ионной имплантации может осуществляться при низких температурах (вплоть до комнатных), благодаря чему сохраняются исходные электрофизические свойства кристаллов.

Процесс ионного легирования заключается в ионизации и ускорении до больших скоростей атомов примеси. Эффективная масса иона в 103 – 105 больше массы электрона, поэтому при заданной энергии ион имеет импульс, в 102 – 104 раз превышающий импульс электрона. Ускоренные атомы примеси внедряются в кристаллическую решетку полупроводника под воздействием приобретенного импульса. Проникая в кристаллическую решетку, ионизированный атом примеси постепенно теряет кинетическую энергию за счет взаимодействия с электронами и упругих столкновений с атомами полупроводника и примеси, т.е. в результате электронного и ядерного торможения. При точной ориентации направления падения пучка ионов вдоль одной из кристаллографических осей пластины полупроводника, часть ионов движется вдоль атомных рядов, между которыми имеются достаточно широкие каналы, свободные от атомов. Это явление называют каналированием. Попав в канал, ионы испытывают менее сильное торможение и проникают в несколько раз глубже, чем в случае неориентированного внедрения. Если энергия, переданная атому решетки, превышает энергию связи атомов в твердом теле, то атом покидает узел. В результате образуется дефект.

После имплантации производят отжиг, задача которого – устранить радиационные нарушения и обеспечить электрическую активацию внедренных атомов.[1] [3]



2. Анализ влияния технологических параметров на процесс ионной имплантации


На процесс ионной имплантации влияют различные факторы такие как масса и энергия ионов, дозы облучения, материал мишени, её температура и кристаллическая ориентация, наличия на её поверхности загрязнений и т.п.


2.1 Распределение внедренных примесных атомов


При имплантации используются три вида материалов: аморфные, поли- и монокристаллические. Аморфные и поликристаллические материалы служат в качестве масок при имплантации ионов. В монокристаллических материалах создаются структуры с заданным профилем концентрации примесей.

При внедрении в мишень быстрые ионы в результате столкновений с атомными ядрами и электронами теряют свою энергию и останавливаются. Длина пути ионов от поверхности мишени до точки внедрения называется длиной пробега R, а её проекция на направления первоначального движения – проекцией пробега Rp(рисунок 1), которая является экспериментально определяемой величиной.

Распределение пробега ионов в атмосферном теле зависит главным образом от их энергии и атомной массы, а также вещества мишени. Для монокристаллических мишеней на распределение пробега влияет ориентация их граней относительно пучка ионов и наличие эффекта каналирования – движение ионов по каналам, образованным атомными плоскостями.

При движении ионов в твердом теле внедряемые в подложку ионы меняют направление своего движения из – за столкновений с атомами мишени, которые могут покидать свои первоначальные положения в узлах кристаллической решетки. В результате вдоль траектории внедренных ионов образуются многочисленные вакансии и междоузельные атомы. Возникают целые области, в которых нарушена кристаллическая решетка, вплоть до перехода монокристалла в аморфное состояние. При этом обычно оценивают два вида потерь энергии ионами – в результате взаимодействия их с электронами (как связанными, так и свободными) и ядрами. В первом приближении считается, что оба вида потерь не зависят друг от друга и действуют одновременно. Ядерное торможение более существенно при малых энергиях, электронное торможение преобладает при высоких энергиях ионов. С увеличением массы внедряемых ионов возрастают потоки энергии за счет столкновений с ядрами мишени.

Среднее значение удельных потерь энергии для одного бомбардирующего иона можно представить в виде суммы ядерной Sn и электронной Se составляющих процесса торможения.

Радиационные нарушения в мишени создаются главным образом при Sn >> Se.Поэтому при внедрении ионов малых энергий радиационные дефекты образуются вдоль всей траектории, а при высокой энергии ионов – только в конце их пробега.

Распределение пробегов ионов в монокристаллических мишенях отличается от их распределения в аморфных тем, что в монокристаллах направление падающего пучка ионов может совпадать с одним из основных кристаллографических направлений мишени, что связано с эффектом каналирования.

Движение ионов строго по центру канала маловероятно. Однако может существовать траектория, осциллирующая около оси канала, если имплантированные ионы передвигаются с помощью последовательных легких соударений с атомами, образующими “стенки” канала. Такая траектория движения ионов показана на рисунке 2, где направление пути иона составляет угол φ с осью канала. Максимальный угол φ, при котором исчезает направляющее действие атомов мишени, называется критическим углом каналирования φкр. Он определяет возможность каналирования.

Если предположить, что все ионы идеально каналированы, то распределения концентрации ионов в мишени будут иметь два максимума: один для неканалированных ионов, другой для идеально каналированных (рисунок 3). В полупроводниковой технологии эффект каналирования дает возможность получать более глубокие легированные слои и уменьшать число радиационных нарушений.

На образцах кремния с ориентацией поверхности (110) относительно пучка, вероятность каналирования с ростом энергии ионов возрастает, а с увеличением дозы облучения падает. Увеличение температуры мишени вызывает деканалирование ионов вследствие тепловых колебаний кристаллической решетки (рисунок 3). [1]


2.2 Радиационные дефекты


При облучении твердых тел ионами, так же как и быстрыми частицами (нейтронами, протонами, электронами), образуются радиационные дефекты. Это могут быть либо точечные дефекты (вакансии и атомы в межузлиях, комплексы), либо их скопления, либо линейные и плоскостные дефекты типа дислокаций и дефектов упаковки. Интересным специфическим явлениям при облучении ионами является аморфизация полупроводника, т.е. полное разупорядочение структуры. От наличия дефектов и их концентрации зависят многие свойства полупроводника. Поэтому изучения закономерностей образования дефектов и их отжига важно для понимания процесса имплантации, а также для правильного использования этого метода в практике.


Случайные файлы

Файл
4463-1.rtf
186925.rtf
95251.rtf
102804.rtf
118242.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.