Тема 2. Применение ионной имплантации 2.1. Особенности ионной технологии

Основы легирования

Метод ионного внедрения позволяет вводить контролируемые ко­личества примесей в поверхностный слой полупроводника. В этом отношении он подобен обычным методам полупроводниковой элек­троники, таким, как диффузия и сплавление.

С точки зрения полупроводниковой электроники наиболее важ­ными характеристиками легированного слоя являются слоевое со­противление, а также положение и характеристики р-п~перехода. Эти параметры определяются в первую очередь распределениями внедренных атомов и дефектов, и именно от них зависят концентра­ция, подвижность и время жизни носителей.

Распределение пробегов в аморфном теле приближенно соответ­ствует гауссовой кривой со средним проецированным пробегом R_p

и стандартным отклонением ДЛ В большинстве случаев при ион­ном легировании более 90 % внедренных ионов приходится на такое «аморфное» распределение. Остальная же часть ионов составляет длинионробежный «хвост» распределения, обусловленный канали-рованием или стимулированной диффузией.

Зависимость величин R и AR_p от энергии Е и массы М\ иона и массы ДА атомов подложки очень сложна. Но полезно запомнить, что R зависит в основном от отношения Е/М\, а полуширина кривой

распределения 2,5А/?,, приблизительно равна R_fl . В кремнии при

энергиях ионов (от бора до сурьмы) порядка 20...Ю0 юВ равенство

2,5 Д/? ~ R выполняется с точностью ±30 %.

Если отжиг слоя после ионного внедрения достаточно полон и профиль концентрации носителей соответствует распределению внедренных ионов, то величина слоевой проводимости в первом приближении будет определяться легирующими атомами «аморф­ной» части распределения. На рис. 2.1 показана зависимость слое­вого сопротивления от дозы легирования при энергиях 10, 30, 100 и 300 кэВ для бора и фосфора. Эти кривые рассчитаны с использо-

42

ванисм соотношения между сопротивлением и концентрацией но­сителей Л' = N(p). При этом сделаны упрощающие предположения, что все ионы находятся в «аморфной» части распределения и что при вычислении слоевого сопротивления можно пользоваться приближенной формулой для концентрации носителей п ^ш Np/(2₉SДЛ_р ), Поскольку такой приближенный подход допус­тим лишь втом случае, когда гарантирована полная электрическая активность внедренной примеси, следует обращать особое внима­ние на характеристики отжига ионио-легированных образцов. Ес­ли необходима высокая электрическая активность примеси, то хо­рошими легирующими веществами являются бор и фосфор и в меньшей степени галлий и сурьма. По при этом следует выбрать подходящие условия ионного внедрения (дозу, энергию ионов, температуру подложки), чтобы получить слой с необходимой ак­тивностью при максимальной температуре отжига, достигаемой в ходе последующей термообработки.

Hfi

Бор

Фосфор

X

ЮкэВ

- IOOhjB

ЗООпуВ

^<^-30кзЗ

X I Г1Щ.1 Л. Ц.Ш,и1

ю

2

Ю*Ю"

Доза легирования .V/>. см

1Ь

ю

IS

Рис. 2.1. Расчетные зависимости слоевого сопротивления /?_д кремния от дозы легирования Np ионами бора и фосфора при разных энергия* ионов

Па положение /^//-перехода и распределение носителей значи­тельное влияние могут оказывать эффект каналирования и эффект стимулированной диффузии. Понятно, что исключить каналирование так же трудно, как и получить большой максимум каптированных частиц на кривой распределения. Тем не менее глубина перехода

43

может хорошо воспроизводиться от опыта к опыту, что видно из хо­рошей повторяемости результатов, полученных на лавинио-пролетных диодах, где глубина перехода имеет очень важное значе­ние. Мри любом выборе условий ионного внедрения и отжига глуби­ну /j-w-перехода лучше всего непосредственно измерять методом ок­рашивания косого шлифа.

Характеристики/?-/7-переходов, полученных ионным внедрением, в общем случае описать нелегко. Переход часто расположен на «хво­сте» распределения; кроме того, распределение примеси может силь­но различаться на боковой и фронтальной границах /?-/*-персхода. Это совершенно иная ситуация, нежели в диффузионных диодах, где боковое распределение ничем не отличается от фронтального (рис. 2.2). При диффузии, чтобы рассчитать распределение примеси у перехода, обычно достаточно знать глубину перехода и поверхност­ную концентрацию. Радиус кривизны «угловых» участков диффузи­онного слоя является важным параметром, определяющим пробив­ное напряжение перехода.

В ионно-легированном слое распределение примеси на фрон­тальной поверхности (вблизи перехода, где Nj = Np) определяется разбросом проецированного пробега и эффектами каналирования и стимулированной диффузии. Оно может быть совершенно таким же, как в сплавных переходах, полученных диффузионным мето­дом. Но на боковой границе перехода распределение ионов может быть совершенно иным, чем на фронтальной поверхности. Па рис. 2.2 показано влияние скошенного края маски на распределе­ние внедренных атомов у боковых границ /^-//-перехода, получен­ного ионным внедрением. Применение маски с прямоугольным (не скошенным) краем дает очень резкую границу между облучен­ной и необлученной областями. Некоторое боковое размытие кон­центрации примеси получается из-за поперечного разброса пробе­гов и расходимости пучка.

Прямоугольный (правый) край маски дает очень резкий боковой переход, определяющийся только боковым разбросом пробегов, то­гда как по нормали к поверхности переход более плавный, поскольку он определяется нормальным разбросом пробегов, а также каналиро-вапием и стимулированной диффузией. Скос маски (слева на рисуй кс) оказывает существенное влияние на профиль боковой границы перехода.

АА

Вмффузионнш переход

Резкий край

маски

Переход, полученный ионным легированием

С ношенный ш маски

Материал р~тияа

logn

Рис. 2.2. Влияние маски при/>-/?-переходе, полученном ионным легированием, на распределение внедренных атомов

Скошенный край маски сильнее всего влияет на боковое рас­пределение (см. рис. 2.2). Геометрическая форма «границы» /?-//-перехода (поверхности, на которой N_D = N_A) и изменение градиен­та концентрации у поверхности оказываются не такими простыми, как для диффузионных структур. В соответствии с этим на элек­трические характеристики (например, напряжение пробоя, вольт-фарадные и вольт-амперные характеристики) ионно-легированных переходов форма края маски может оказывать такое же влияние, как и разброс пробегов и эффект каналирования. Высокое пробив­ное напряжение плавного перехода, полученного ионным внедре­нием, может быть снижено за счет малого радиуса кривизны и резкого (ступенчатого) распределения на боковой границе. Но в большинстве приборов, получаемых ионным внедрением, боковое распределение не оказывает значительного влияния на вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики, поскольку при

большой геометрической площади фронтальной границы ее влия­ние оказывается доминирующим.

Характеристики перехода сильно зависят от дозы и температу­ры легирования и отжига, причем высокому слоевому сопротив­лению (т.е. при малой дозе или низкой температуре отжига) соот-

45

ветствует высокое обратное пробивное напряжение, тогда как для слоев с высокой проводимостью характерны /?-я-псрсходы с низ­ким пробивным напряжением. В основном такой эффект можно объяснить особенностями распространения области объемного заряда в легированный слой. Установлено, что режимы ионного внедрения и температура отжига влияют и на прямые характери­стики, и на обратные токи. При прямом смещении диоды, полу­ченные ионным внедрением при высокой температуре (-500 °С), имеют характеристики, существенно отличающиеся от теоретиче­ских, тогда как ионное легирование при комнатной температуре позволяет получить диоды, характеристики которых совпадают с теоретическими. Токи утечки при обра гном смешении обычно выше, чем у аналогичных диффузионных приборов.

В настоящее время характеристики переходов, полученных ионным внедрением, исследуются во многих лабораториях. Их диодные характеристики можно представить аналитически для определенных условий, но дать общее аналитическое выражение пока не представляется возможным.

В процессе внедрения ионы останавливаются, занимая нерегу­лярные положения в кристаллической решетке, а вследствие ядер­ных столкновений возникает большое количество радиационных дефектов вплоть до образования аморфных областей. При соот­ветствующей термообработке кристаллическую решетку восста­навливают, при этом внедренные ионы занимают в решетке под­ложки электрически активное положение.

Реальные профили распределения легирующих атомов сущест­венно отличаются от расчетных из-за влияния диффузии (терми­ческой- во время вынужденного отжига или в процессе легирова­ния; радиационно-стимулированной).

При изготовлении полупроводниковых приборов применяют маскирующие пленки, причем для лучшей пассивации легирова­ние проводят также через пленки.

Влияние радиационных дефектов на распределение

примесей

Рекристаллизация нарушенных ионным легированием слоев полупроводниковой подложки значительно влияет на процесс вве­дения и распределения легирующих примесей. Если не проводить последующего отжига, образовавшиеся радиационные дефекты

46

будут отрицательно влиять на подвижность и время жизни носи­телей заряда. Это характерно как для монокристаллических, так и для поликристаллических и аморфных подложек.

В полупроводниковых материалах (за малым исключением) ра­диационные дефекты прежде всего изменяют электрические свой­ства ионно-легированных слоев, которые являются наиболее важ­ными характеристиками полупроводникового прибора. Поэтому для восстановления первоначальной структуры ионно-легированных свойств слоев применяют отжиг.

При создании р- //-переходов ионы внедряют, как правило, при комнатной (иногда и при более высокой) температуре.

При ионном легировании, проводимом при высоких температу­рах и больших дозах облучения, образуются сложные дефекты -дислокационные сетки.

Благодаря большой плотности тока ионного пучка наблюдают­ся два явления: 1) образец в процессе облучения нагревается, од­новременно с легированием отжигается часть радиационных де­фектов; 2) образец не нагревается, возрастает концентрация ра­диационных дефектов.

Даже небольшие дозы легированных элементов существенно влияют на электрические свойства полупроводников: значительно уменьшают время жизни неосновных носителей заряда, их подвиж­ность и концентрацию. Радиационные дефекты изменяют некоторые физические свойства полупроводников, например увеличивают пока­затель преломления (отражательную способность), что используют для получения световодов, а также ряда элекгрооптических прибо­ров. Ионное легирование с большими дозами в монокристаллических полупроводниках всегда изменяет объем легированного слоя. В большинстве случаев объем увеличивается; при этом возникают на­пряжения, приводящие к прогибу подложки.

После отжига ионно-легированных слоев многочисленные де­фекты остаются или образуются в процессе отжига (главным об­разом дислокации и дефекты упаковки). Концентрация этих де­фектов не велика. Эти дефекты влияют на увеличение обратного тока, снижение пробивного напряжения и время жизни неоснов­ных носителей заряда.

Применяемый в этом случае отжиг зависит от сорта внедряемо­го иона и проводится при разных температурах (500... 1000 °С), а также в разных средах (окислительной, нейтральной и др.).

47

Электрическая активация внедряемых ионов

Отжиг полупроводниковой подложки должен способствовать электрической активации внедренных ионов, которая может проис­ходить одновременно с рекристаллизацией, если радиус легирующе­го иона примерно равен радиусу атома решетки подложки. В про­тивном случае требуется дополнительная энергия. Эффективная электрическая активация легированных ионов в кремнии происходит при температуре 700 °С и выше.

Маскирующие пленки

Для локального введения примеси в твердое тело применяют контактное или проекционное маскирование. При контактном маскировании в качестве маскирующего материала применяют металлы (Al, Au, Pt, Ti)> диэлектрики (SiCb, Sx-^a и др.) и фоторе­зисты. Для того чтобы затормозить ионы, маскирующие пленки должны быть достаточно толстыми, коэффициент распыления низким, а пленки после легирования - хорошо растворяться (для удаления их с поверхности подложки).

Фоторезисты применяют при температурах до 100 °С и дозах до 10¹⁴ см"'" (дальше идет полимеризация фоторезиста).

В процессе ионного легирования или последующего отжига для защиты поверхности полупроводника применяют пассивирующие пленки. В первом случае легирование проводят через тонкую за­щитную пленку. В качестве пассивирующих материалов исполь­зуют SiO?, АЬОя, SijN₄ и тонкие напыленные металлические плен­ки т А1, Си и др.

Если при легировании через пассивирующие пленки масса леги­рующего иона равна массе атома пленки, то ионы передают этим атомам значительную энергию и атомы сами могут быть внедрены в материал подложки. Этот эффект называется легированием ато­мами отдачи.

Пассивирующие слои применяю! также во время отжига для пре­дотвращения обратной диффузии какого-либо компонента материа­ла полупроводниковой подложки или обратной диффузии легирую­щих ионов. Для этого используют пленки из Si0₂, Si^N₄, АЬСЬ, кото­рые наносят низкотемпературным распылением (напылением) или пиролитически при температуре 200...800 °С.

48

Ионное распыление в процессе легирования

В процессе ионного легирования наблюдается эффект распыления материала подложки легирующими ионами вплоть до насыщения, т.е. когда число легирующих ионов становится равным числу распы­ляемых. Главным параметром, характеризующим этот процесс, явля­ется коэффициент распыления S- число атомов подложки, выбивае­мых одним падающим ионом. В результате ионного распыления мо­жет произойти изменение профиля внедрения легирующих ионов.

Диффузия

Очень важным эффектом (почти всегда сопутствующим процессу ионного легирования) является диффузия (термическая, в процессе отжига, радиационно-ускоренная и др).

Термическая диффузия проявляется как в процессе отжига, так и в процессе ионного легирования, если происходит значительный на­грев полупроводниковой подложки за счет выделяющейся мощности ионного пучка.

Междоузельная диффузия возникает в результате того, что часть легирующих ионов останавливается в решетке в нерегулярных поло­жениях и может быстро диффундировать по междоузлиям. Этот вид диффузии характерен для атомов, имеющих малый радиус (Аи, Си).

Отжиг в окислительной среде проводят при температуре 900... 1100 °С, при толщине оксидной пленки обычно Ю...300нм. Возникающее при этом перераспределение примеси между подлож­кой и растущей оксидной пленкой влияет на профиль распределения ионов примеси, вызывая обогащение или обеднение поверхности по­лупроводника примесью.

Радиационно-ускоренная диффузия происходит в результате до­полнительной бомбардировки химически неактивными частицами, которые создают вакансии, увеличивая коэффициент диффузии. Этот вид диффузии проявляется либо непосредственно в процессе легиро­вания, либо после внедрения ионов в результате облучения поверх­ности подложки электрически неактивными частицами (а-частицы, нейтроны, протоны и т.п.). Для того чтобы избежать возможности образования стабильных дефектов, в процессе облучения необходи­мо поддерживать высокую температуру (750 °С для Si). При радиа-ционно-ускоренной диффузии ее коэффициент возрастает вследствие дополнительного облучения.

49

2.2. Применение ионного легирования в планарной технологии

Основы технологии

Планарная технология на кремнии отличается рядом важных особенностей, которые следует учитывать при определении целесо­образности использования ионного легирования, если иметь в виду такие факторы, как экономичность, надежность и воспроизводи­мость. Планарная технология состоит из следующих операций: диффузии донорных и акцепторных примесей через окна в слое ок­сида, термического выращивания двуоксида кремния, осаждения двуоксида или нитрида кремния на термически выращенный оксид, металлизации (обычно алюминием) поверхности оксидных слоев для обеспечения контакта с сильно легированным слоем (рис. 2.3).

liOi

St n

^

_т

£_-/

St л

а

Tiff

_tS7

Si л

_в

V Р J\ P J I P J

51 я

Рис. 2.3. Операции планарной

технологии: а - окисление;

6 — диффузия сквозь окна в

окисле; в - вторичное окисление

с последующим наращиванием

изолирующего слоя метолом

реакгивного напыления; г -

нанесение металлическою

электрода

Очень важной особенностью такой технологии является боковое «расилывание» диффузионных областей иол оксидную маску, обес­печивающее пассивацию области перехода по периферии. Возмож­ности технологии, особенно в отношений создания биполярных при­боров, существенно расширяются при использовании процесса эпи-таксиального выращивания. Перечисленные операции утвердились

50

В результате проверки тысяч различных вариантов, причем опреде­ляющими критериями были воспроизводимость и экономичность производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. Принимая все это во внимание, необходимо стремиться к тому, что­бы при любом применении ионного внедрения сохранить преимуще­ства плаиариой технологии.

Все перечисленные выше операции включают в себя термообра­ботку. Диффузионные процессы требуют выдержки образцов в тече­ние десятков минут при температурах от 100 до 1300 °С. Выращива­ние окисла обычно выполняется при температурах от 900 до 1200 °С также в течение нескольких десятков минут. В таком же температур­ном интервале проводится и эиитаксиальное наращивание кремния на кремнии. Эти три процесса - основные высокотемпературные операции технологии. Оксидные и ни гридные слои получают обычно при средних температурах: оксидные при - 450 °С, а нитридные при -800 °С. Контакты и токоведушие дорожки получают напылением металлических слоев при комнатной или несколько более высокой температуре с последующим вжиганием при температуре, несколько меньшей температуры плавления (вплавленис алюминиевых элек­тродов обычно проводится при 550 °С в течение 10 мин). После того как на пластину нанесен металл, нагрев выше температуры плавле­ния совершенно исключается. При разработке технологии изготов­ления приборов особое внимание нужно обращать на го, чтобы тем­пературные режимы последующих операций не искажали результа­тов предыдущих. Обычно для этого достаточно проследить за тем, чтобы каждая операция проводилась при более низкой температуре, чем предыдущая. Заметим, что в случае сложных технологий (на­пример, технологии изготовления дополняющих биполярных моно­литных структур, которая состоит из нескольких высокотемператур­ных операций эпитаксиалыюго наращивания и диффузии) пока не найдены эффективные способы, которые позволили бы исключить взаимовлияние различных операций. Такое взаимовлияние в конеч­ном счете приводит к некоторому ухудшению характеристик. Если такие операции, как термическое выращивание оксида или нитрида, еще допускают последующее проведение высокотемпературных процессов» то после металлизации обычно уже недопустимо прово­дить высокотемпературный нагрев. Эти требования к последователь­ности температур - самый серьезный недостаток технологии, су­жающий возможности ее применения в произведете полупроводни­ковых приборов.

51

Применение ионного легирования в нлииарной

технологии

В планарной технологии ионное внедрение может применяться при легировании полупроводников либо для введения фиксирован­ного количества заданной примеси в локализованную область, либо для создания контролируемого профиля концентрации в заданной области. В первом случае ионное внедрение выступает как предвари­тельная операция, вслед за которой можно проводить высокотемпе­ратурную диффузию для получения желаемого профиля распределе­ния примеси. Здесь возможно непосредственное применение опера­ций обычной диффузии и термического выращивания оксида и ника­кого конфликта с пленарной технологией не возникает. Во втором случае, когда требуемый профиль распределения примеси нужно по­лучить в результате самого ионного внедрения, высокотемператур­ные операции должны быть исключены во избежание диффузионно­го уширения профиля. Следовательно, если нужно сохранить важ­нейшие особенности ионно-легировапного слоя, то обычные спосо­бы пассивации за счет боковой диффузии под оксид или термиче­ским окислением после образования перехода испольчовать уже нельзя. Таким образом, способы пассивации ионно-легированных слоев в ряде случаев существенно отличаются от способов, приме­няемых в диффузионной технологии.

Один из путей решения этой проблемы - предварительно пасси­вировать поверхность кремния слоем диэлектрика с последующим внедрением ионов в кремний сквозь этот слой. При таком способе предварительной пассивации легирующие ионы нужно ускорять до таких энергий, при которых их средний пробег намного превышает толщину пассивирующего слоя, чтобы обеспечить достаточную сте­пень легирования полупроводника и предотвратить загрязнение слоя. Это ограничивает выбор ионов по массе при энергиях внедрения 100...300 кэВ. При таких энергиях достаточно большой пробег у ио­нов бора, фосфора, азота и алюминия, но лишь бор. алюминий и фосфор имеют достаточную электрическую активность, чтобы их можно было использовать в качестве доноров и акцепторов с мелки­ми уровнями.

Для обеспечения требуемой пассивации перехода и предохране­ния от загрязнения нужно, чтобы толщина пассивирующего слоя бы­ла не меньше 100 нм. При такой толщине лучше использовать для защиты «сандвич» - структуру SiO: - S13N4, а не чистый SiCb. Пере­ходы, полученные ионным внедрением бора и фосфора с применени-

52

см такого метода предварительной пассивации, обладают отличными характеристиками. Токи утечки и напряжение пробоя таких перехо­дов сравнимы с аналогичными характеристиками хороших пленар­ных диффузионных приборов (если учесть радиус кривизны перехо­да и профиль концентрации).

Однако имеются данные, указывающие на то, что ионы, внедряе­мые в кремний сквозь Si0₂, могут изменять свойства оксида. Облу­чение ионами неона и кислорода при больших дозах, когда макси­мум распределения находится вблизи поверхности раздела Si—Si0₂, вызывает смещение атомов, возникновение быстрых поверхностных состояний и легирование полупроводника под оксидом. Хотя эти де­фекты и отжигаются при температурах -500 °С, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что их отжиг неполон и что такая радиаци-онно-повреждепная поверхность раздела может быть причиной дол­говременной нестабильности (дрейфа) характеристик. По-видимому, легирование бором сквозь оксид при дозах, больших 10 см ~, ока­зывает меньшее влияние на поверхность раздела, чем легирование неоном и кислородом, хотя плотность быстрых состояний все же воз­растает. Для определения влияния внедренных ионов на характери­стики пассивирующего оксидного слоя необходимы более детальные исследования, но методика предварительной пассивации уже приме­няется при изготовлении />-я-переходов методом ионного легирова­ния в рамках пленарной технологии. Как правило, при использова­нии тонких оксидных пассивирующих слоев для создания легиро­ванной области заданной формы можно работать со стандартными масками интегральных схем, особенно в случае схем с МОП-транзисторами, где этот процесс широко применяется.

Для большинства легирующих примесей, когда пассивация пред­шествует металлизации, при отжиге можно использовать температу­ры до 900 °С без существенного диффузионного уширсния профиля. При таком отжиге достигается почти 100%-ная электрическая ак­тивность примеси. Но если ионное внедрение проводится после ме­таллизации, то высокотемпературный отжиг, вообще говоря, уже не­возможен. Например, алюминий, который обычно используется для металлизации, имеет температуру образования эвтектики с кремнием 575 °С, так что температура отжига не должна превышать -550 °С При этом ионно-внедренные примесные атомы таких веществ, как бор и фосфор, далеко не все становятся электрически активными, что приводит к высокому сопротивлению ионно-Jiei ированных слоев. Другим следствием низкой температуры отжига оказывается наличие

53

в слое ловушек и рскомбшкшионных центров. Это может вызывать высокий уровень шумов и сильную температурную чувствитель­ность слоев, а также большие токи перехода. Для некоторых приме­нений, таких как МОП-транзистор, проводимость и характеристики переходов на образцах, отожженных при низкой температуре / = 550 °С, вполне удовлетворительны,

Защита перехода остается главной проблемой при ионном вне­дрении. хотя некоторые методы уже дали удовлетворительные ре­зультаты при изготовлении отдельных видов прибор.

Самосовмещетши МОП-транзистор

На рис. 2.4 показаны основные этапы усовершенствования техно­логии изготовления такого прибора. Вначале представлена схема обычного МОП-транзистора (рис. 2.4, а). Расстояние от истока 5_НСТ до стока Д. называется длиной канала. Характеристики прибора тем лучше, чем меньше длина канала, а поэтому в высококачественных транзисторах длина канала обычно составляет 5...8 мкм. При обыч­ной технологии электрод затвора С создают над каналом уже после образования истока и стока. Затвор перекрывает над истоком и сто­ком области шириной 4...7 мкм; это гарантирует, что затвор всегда будет прикрывать весь канал. Но такое перекрытие увеличивает па­разитную емкость затвора, которая может оказаться вдвое больше емкости затвор - канал. Эффект Миллера также может увеличить эффективную паразитную емкость и еще более ухудшить характери­стики прибора.

54

На рис. 2.4, 6 показано, как метод ионного легирования позволяет при изготовлении этого прибора уменьшить паразитную емкость. Сначала создается электрод затвора, который затем используется в качестве маски, чтобы обеспечить идеальное совмещение истока и стока с затвором. Хотя такой прибор наглядно иллюстрирует мето­дику самосовмещения, это только лабораторный прибор, поскольку планарная технология нарушается тем, что ионное внедрение произ­водится в неприкрытый кремний, т.е. />-/7-переходы не пассивируют­ся. Более того, такая конфигурация требует раздельного нанесения металла на затвор и исток - сток, что нетехнологично.

Следующие две схемы (рис. 2.4, в и г) показывают, как сохранить достоинства этой методики, устранив ее недостатки. В структуре (рис. 2.4, в) диффузионные участки истока и стока под контакты соз­дают до ионного легирования, чтобы металлизацию затвора, истока истока проводить одновременно. Наконец, при создании структуры (рис. 2.4, г) ионы внедряют прямо сквозь оксид затвора для получе­ния полностью пассивированной структуры. Такая методика позво­ляет использовать ионную технологию для создания целого ряда планарных приборов при полном сохранении стандартной процеду­ры. В частности, были изготовлены /^-канальные МОП-транзисторы путем ионного внедрения бора и алюминия и //-канальные- путем ионного внедрения фосфора и сурьмы. Следует отметить, однако, что до настоящего времени наиболее широко изучены /^-канальные приборы, полученные путем ионного внедрения бора. Ионное вне­дрение бора при дозах 10—10 см ² и энергиях ионов 60... 120 кэВ и при температурах облучения от 195 до 500 °С позволяет получить МОП-транзисторы с достаточно хорошими характеристиками, если температура 01жига составлял -545 °С, а время отжига ~ 10 мин.

Применение методики изготовления

самосовмещенных МОП-транзисторов для создания

интегральных схем и много злементныхустройств

Уменьшение в 3 и более раз общей входной емкости путем при­менения ионной технологии относится только к активным приборам. Вообще же такие приборы относятся к сложным интегральным схе­мам, где следует учитывать и паразитную емкость другого происхо­ждения, в том числе емкость токоведущих металлических дорожек и областей /^-//-перехода. Таким образом, достоинства метода ионного внедрения при изготовлении целой схемы будут меньше, чем при создании отдельного активного прибора. Для выяснения преиму-

55

ществ ионного метода перед обычными при создании интегральных схем анализировалась модель схемы «НИ НИ» на МОП-

транзисторах. Основные выводы этого анализа иллюстрируются рис. 2.5. Здесь но оси ординат отложено время задержки пары Т|, т.е. время, необходимое для прохождения импульсного сигнала через два инвертора или через две логические ячейки, а по оси абсцисс- пара­метр d. Влияние емкости межсоединений характеризуется параметром р (средней длиной соединений на один прибор, деленной на d). На ос­новании этих кривых можно сделать некоторые выводы. Во-первых, ионное внедрение позволяет увеличить быстродействие или мощ­ность обычных интегральных схем на МОП-транзисторах примерно в 5 раз, если размеры прибора достаточно велики, чтобы можно было пренебречь емкостью межсоединений. Во-вторых, можно повысить плотность упаковки при сохранении тех же характеристик, что и у менее компактных схем.

Вторая возможность открывает путь создания схем с большей функциональной сложностью на единицу площади, т.е. с большим выходом на функцию и, таким образом, с меньшей стоимостью. Ана­лиз показывает, что ионное внедрение не только повышает качество отдельных приборов, но и улучшает характеристики интегральных схем или, возможно, увеличивает их выход.

zoo

ио

гго

tso

too

60

го

о о so юо ж too шяо зт

d_r mm

Рис. 2.5. Зависимость времени задержки схемы Т| от размеров активного элемента и емкости межсоединении для интегральных схем

56

Да-ibueitutee применение техники ионного внедрения

Кроме использования ионного внедрения для получения самосо­вмещенных областей истока и стока, имеются и другие возможности применения этого метода в технологии МОП-транзисторов. В изоля­тор (SiCb) затвора внедряют ионы алюминия, чтобы создать ловушки для электронов и тем самым снизить чувствительность прибора к ионизирующей радиации. Внедрение в поверхностную часть канала ионов бора позволяет управлять пороговым напряжением. При вне­дрении ионов бора в область канала МОП-транзистора на высокоом-ном кремнии можно получить прибор с малой длиной канала при малой емкости большей части переходов истока и стока (рис. 2.6). Такая структура с управляющим затвором* изготовленная методом ионного внедрения, характеризуется высоким пробивным напряже­нием между истоком и стоком. Данный прибор сконструирован по типу многозатворного тетрода; высокие рабочие напряжения обу­словлены тем, что благодаря слабому ионному легированию области между стоком и затвором напряженность электрического поля у по­верхности оказывается сравнительно низкой. На этом приборе полу­чены пробивные напряжения исток - сток порядка 250 В при удель­ном сопротивлении материала К) Ом.

Ишшо-.к'! поонашюи

Сямосовмсшснные

ИШШО-.1С1 ированмме

За I нор

¹ _{jjr4' [ .}

ок n ) I Ci ok я

Высокоомнэн полложка/г-ппм

Рис. 2.6. МОП-тратистор на высокоомном кремнии, полученный двукратным ионным внедрением

Области истока и стока создаются внедрением донорной примеси по самоеовмещенной технологии. Внедрение акцепторной примеси позволяет получить прибор с малой длиной канала и малой емкостью между подложкой и областями истока и стока (благодаря высокому удельному сопротивлению подложки).

57

Биполярные трап ittt торы

Применение ионной бомбардировки при производстве биполяр­ных транзисторов обеспечивает целый ряд преимуществ перед стандартной технологией. Низкая температура при ионном легиро­вании позволяет создавать на одной пластине и прп-_ч и рпр-структуры в условиях, исключающих взаимовлияние слоев, которое обычно имеет место при многократной высокотемпературной диф­фузии. Особенности маскировки при ионном легировании позволя­ют варьировать геометрию транзисторов и упрощают процесс их изготовления, а малое боковое расплывание делает возможным соз­дание эмиттеров очень малых размеров. Изменение очередности Технологических операций позволяет уменьшить или полностью исключить эффект «выдавливания» базы под эмиттером, а благода­ря строгому контролю за профилем распределения может быть су­щественно повышено качество выпускаемых приборов.

В транзисторах с ионно-легированными базой и эмиттером удает­ся получить усиление по току до 80 раз, но более типичным следует считать, по-видимому, усиление в 10...25 раз. Это довольно большое усиление, хотя оно и несколько меньше максимальных величин, по­лученных на чисто диффузионный приборах. Для создания ионно-легированных эмиттеров требуются очень высокие дозы легирова­ния; «хвосты» распределения, вызванные каналированисм или сти­мулированной диффузией, могут привести к уменьшению эффектив­ности инжекции эмиттера. Применение ионного легирования для создания базы (для которой не нужны большие дозы) позволяет ис­ключить эффект «выдавливания» и делает возможным получение концентрационного профиля, более близкого к идеальному, чем это может быть достигнуто методом диффузии.

Применение ионного легирования в планарной технологии интегральных схем

Ионное легирование очень легко применимо и для изготовления резисторов, изолированных /^-//-переход и диодов с контролируемым пробоем.

В кремниевых интегральных схемах широко применяются рези­сторы с диффузионным р-п-переходом. Такие резисторы обычно имеют удельное (поверхностное) сопротивление от 100 до 1000 Ом/квадрат и, таким образом, пригодны, когда общее сопротив­ление резистора меньше нескольких килоом. При увеличении номи­нала применение диффузионных резисторов становится нежслатель-

58

иым из-за увеличения их размера, и приходится искать другие техно­логические приемы. Так называемые сжатые резисторы, образован­ные базовой областью транзистора, можно сделать с удельным со­противлением свыше 2*10⁴ Ом/квадрат. Однако динамический диапа­зон их мал, а контроль номинала затруднен. МОП-приборы также используются в качестве высокоомных резисторов, хотя они облада­ют нелинейной характеристикой, и при этом возникает проблема до­пусков.

Высокоомные резисторы можно изготовить на основе ионно-легированных слоев. Они хорошо воспроизводимы, имеют большой динамический диапазон и линейные характеристики. Такие резисто­ры можно легко изготовить с номиналами от 10⁴ до 10⁵ Ом/квадрат. Для получения таких резисторов вскрывают дорожку заданных раз­меров в толстом слое окисла перед образованием оксидного слоя за­твора, затем снова выращивают изолятор затвора над открытой обла­стью. После этого сквозь тонкий изолятор затвора внедряют ионы бора. Толстый изолирующий слой в окружающей области образует естественную маску для предотвращения легирования всех участков, кроме дорожки.

Методом ионного внедрения получены также диоды с контроли­руемым пробоем. Хотя еще точно не установлено, какими парамет­рами перехода определяется его пробивное напряжение, скорее все­го, 7го слоевое сопротивление и степень резкости перехода. По­скольку эти параметры сильно зависят от энергии, дозы, температу­ры внедрения и отжига, пробивное напряжение диода также можно изменять в широком диапазоне. Внедрением бора в кремний с удель­ным сопротивлением 1...3 Ом см удается воспроизводимо получать диоды с пробивным напряжением от 15 до 100 В (в зависимости от условий внедрения). Такие диоды вполне могли бы служить ограни­чителями. источниками опорных напряжений и преобразователями уровня в интегральных схемах на МОП- и биполярных транзисторах.

Применение ионного внедрения для создания приборов^

изготовляемых не но нланарной технологии.

Сверхрезкие диоды с контролируемыми

СУ-характеристиками

Дифференциальная емкость на единицу площади для резкого пе­рехода типа барьера Шоттки зависит от напряжения приблизительно по закону С = еп(х) (AX/&V), где X - ширина обедненною слоя и AX/dV- скорость изменения толщины обедненного слоя при измене-

59

иии внешнего напряжения. Если коэффициент п(х) не зависит отл\ то емкость меняется обратно пропорционально квадратному корню из на­пряжения: V . Но если величина // непостоянна, то емкость может из­меняться бысгрее или медленнее, чем \^rV". Если /; возрастает с удалени­ем от поверхности, то зависимость емкости от напряжения слабее, чем V ', и наоборот, если // уменьшается с ростом глубины, то емкость ме­няется резче, чем по закону V . Диоды, в которых емкость меняется быстрее, чем при п = const, называются сверхрезкими и применяются как варакторы. Профили ионно-легированных слоев хорошо подходят для создания таких приборов, поскольку, с одной стороны, спад кон­центрации по глубине в таких слоях может быть очень резким, а с дру­гой - концентрация на поверхности может быть не слишком высока, пак ЧТО на ней можно создать барьер Шоп ки. И вообще метод ионного ле­гирования, позволяя создавать самые разнообразные профили распре­деления примеси, дает возможность получать приборы с намного более широким спектром CV-характеристик, чем другие методы.

Лавшшо-пролетиые диоды с р-п-переходом

Ионное внедрение можно успешно применять для изготовления СВЧ лавинно-пролетных диодов на основе //«//-структур. Для по­лучения р*-области эпитаксиальная rt-пленка легируется облучением ионами бора с энергией 60 кэВ при дозе 10 см \ Остальные опера­ции после ионного внедрения те же, что и при диффузионном леги­ровании (т.е. создание мезаструктур и нанесение металла). Такая структура показана на рис. 2.7. Главное достоинство ионного метода в этом случае состоит в том, что точно контролируется толщина эпи-таксиального //-слоя и сохраняется резкая граница //-области, по­скольку//-слой создается без высокотемпературной диффузии.

Такая диффузия обычно приводит к изменению толщины /7-слоя и сглаживанию /i-л -перехода. Ионное внедрение и последующий от­жиг проводят при таких температурах и за такое время, что диффу­зия практически не имеет места. Что касается диодов, работающих на частотах 10 ГГц или ниже, то при использовании диффузии необ­ходимые геометрические размеры могут быть обеспечены без особо­го труда, и в связи с этим ионное внедрение не даег существенного преимущества. По при частотах выше 10 ГГц эффективность и отда­ваемая СВЧ-мощность заметно повышаются при использовании ме­тода ионного внедрения. В настоящее время хорошо освоена техно­логия изготовления высокоэффективных диодов с ионно-легированной//-областью для частот 35 и 50 ГГц.

60

0.5 мм « »

Рис. 2.7. Кремниевый лавинный мсзалиол. полученный ионным

легированием

Полупроводниковые детекторы ядерных частиц

Метод ионного легирования используется при изготовлении де­текторов с тонким окном и коорлинатно-чувствительных детекторов. В последнем случае этот метод - единственно пригодный, поскольку для хорошего разрешения по координате необходимо создать тонкий слой с высоким удельным сопротивлением (20..50 кОм) длиною около сантиметра.

Наиболее прямым применением метода ионного внедрения явля­ется создание тонких неинжектирующих обратных контактов к (ё£/с1\")-дстекторам. В этих детекторах обедненная область распро­страняется от лицевой поверхности сквозь весь прибор до обратного контакта, в связи с чем здесь необходимы блокирующие контакты. Поскольку для того чтобы обеспечить хорошее собирание заряда, обычно используется некоторое перенапряжение, напряженность электрического поля у тыльного контакта может достигать ~ 10 В/ем. В данном случае ионно-легированная область должна быть тонкой, чтобы свести к минимуму потери носителей, генери­руемых вне области сильного поля (т.е. чтобы до предела уменьшить толщину окна детектора). Установлено, что толщина окна может за­метно превышать средний пробег внедряемых ионов (в некоторых случаях толщина окна достигает 1 мкм), и для получения толщины окна менее 0,1 мкм нужно проводить легирование при малой энергии (-4 кэВ) и малой дозе (10¹²... 10¹³ см ²). Толщина окна зависит от до-

61

зы, энергии и рода легирующих ионов, а также от температуры от­жига. Установлено, что для получения блокирующих контактов п- и р-типа с тонким окном удовлетворительные результаты дает ионное легирование бором и теллуром с последующим отжигом при темпе­ратурах ниже 300 °С. Метод ионного легирования используется так­же для получения германий-литиевых детекторов.

Детекторы, изготовленные методом ионного внедрения, стабиль­нее и прочнее поверхностно-барьерных, а по своим характеристикам (по энергетическому разрешению) они сравнимы с ними. В тех же случаях, когда детекторы должны работать при больших поюках об­лучения (при этом характеристики детектора быстро ухудшаются вследствие радиационного повреждения), детекторы, изготовленные методом ионного внедрения, обладают тем преимуществом перед поверхностно-барьерными, что их можно нагревать для отжига ра­диационных дефектов. Установлено, что отжиг при температуре 150... 180 °С в течение - 100 ч достаточен для восстановления пара-мегров детектора до первоначальной величины. Максимальная тем­пература отжига определяется тем, что для пассивации перехода применяется эпоксидная смола.

Рассмотренные примеры применения ионного внедрения для из­готовления полупроводниковых приборов иллюстрируют наиболее важные особенности этого метода легирования.

В случае пленарных приборов самосовмещенные МОП-транзисторы иллюстрируют оригинальную методику маскирования и возможность перестановки технологических операций. Здесь в каче­стве масок при селективном легировании подложки используются и металлические покрытия, и толстые слои SKK К тому же />-«-переходы можно создавать после того, как выполнены все прочие операции. Это объясняется тем, что для получения хороших перехо­дов при ионном внедрении бора сквозь предварительно нанесенный пассивирующий слой SiO> достаточно отжига при температуре 550 °С в течение 10 мин после внедрения. Использование ионного внедрения для управления пороговым напряжением МОП-транзистора наглядно демонстрирует возможность точного конгроля за количеством вводимой примеси при ионном легировании. Для надлежащего управления пороговым напряжением под поверхно­стью раздела Si — Si0₂ необходимо создать ионно-легированный слон со слоевой концентрацией 10^п см \ простирающийся в глубь кри­сталла на несколько десятков нанометров.

62

При использовании ионного внедрения в приборах биполярного типа об эффективности перестановки технологических операций го­ворит исчезновение эффекта «выдавливания». В этом случае ключе­вым фактором является образование базовой области после создания эмиттера, что опять-таки возможно главным образом благодаря сравнительно малому времени и низкой температуре, необходимым для получения легированного слоя. Несмотря на то_ч что оптимальное распределение примеси в базе еще не достигнуто, гибкость метода и возможность контроля позволяют надеяться на улучшение характе­ристик биполярных приборов. Возможность реализации уникальных распределений и контроль за дозой легирования при ионном внедре­нии позволили продемонстрировать преимущества метода при соз­дании варакторов и лавинно-нролетных диодов. При изготовлении варакторов ионным методом принципиальное значение имеет управ­ление профилем распределения. Возможности такого управления основаны на том, что при ионном легировании можно по заданной программе менять дозу и энергию ионов, а также использовать раз­ные легирующие вещества. В этом отношении метод резко отличает­ся от диффузионного легирования, при котором концентрация при­меси монотонно убывает но глубине. При изготовлении лавинно-пролетных диодов благодаря таким особенностям ионного метода, как кратковременность и низкая температура легирования* а также благодаря малой глубине залегания перехода удается получать при­боры с />-я-персходами требуемой резкости. Это преимущество ме­тода может оказаться ценным и при изготовлении высокочастотных биполярных транзисторов.

Благодаря точному контролю за дозой легирования оказывается воз­можным получение высокоомных резисторов с/>-л-переходом. В осно­ве ионной технологии диодов с контролируемым пробоем лежит воз­можность создания переходов со специфической геометрией. Сочетание малого бокового разброса пробегов внедряющихся ионов с малым ра­диусом кривизной перехода дает возможность в широких пределах управлять пробивным напряжением диода. Такое управление можно осуществить, изменяя как энергию ионов, так и дозу легирования.

Детекторы ядерных частиц, полученные методом ионного вне­дрения, обнаруживают однородность характеристик перехода по всей площади образца, что говорит о возможности точного контроля за концентрацией примеси при ионном легировании. Низкая темпе­ратура легирования и последующего отжига позволяют получать де­текторы, по своим характеристикам не уступающие поверхностно-барьерным детекторам, но столь же прочные в механическом отно­шении, как и детекторы с переходами.

63

2.3. Имплантация примеси в многослойные гетерокомпозиции

Задачу по определению профиля распределения бомбардирующих ионов в подложке можно решить, рассчитав относительные тормоз­ные способности пленки и подложки. Однако такой подход прием­лем, если тормозные способности пленки и подложки отличаются незначительно.

Профили распределения бомбардирующих ионов и атомов отдачи определяются на основе спектра энергии бомбардирующих ионов и атомов отдачи на границе пленка- подложка, при этом считается, что для каждой энергии из спектра распределение ионов и атомов отдачи по глубине подложки описывается кривой Гаусса и ее можно охарактеризовать следующим выражением:

(*-*)

2М;

(2.1)

где R - средний проективный пробег ионов; А/? - средний раз­брос проективного пробега ионов.

В свою очередь, распределение ионов но глубине подложки зави­сит от торможения ионов. Торможение ионов определяет пробег ио­нов (R). Основополагающим источником информации по торможе­нию ионов и определению пробегов ионов стала работа Липхарда и др. Но при ионном легировании представляет интерес проекция пу­ти, пройденною ионом, на перпендикуляр к поверхности (/?,,). По-

М2 правочный коэффициент имеет вид RjR_p =1 + ■ При исследова­ нии процесса ионного легирования необходимо определить средне­ квадратичный разброс пробегов AR_ff. Согласно Линхарду приведен-

ныи относительный разброс —— = гтт близок к постоянной

R„ 2{M_xM₂f²

величине 0,35. Анализ экспериментальных данных показывает, что более точным асимптотическим приближением для приведенного относительною разброса является величина, близкая к 0,45. Таким образом, полуширину гауссова распределения во многих случаях можно приближенно (с точностью -25 %) оценить по формуле

64

^{* р м,+м}₂

Расчет этих величин в теории Линхарда - Шарфа - Шиотта (ЛШШ) достаточно сложен. Поэтому при разработке атгоритмов моделирова­ния данного процесса использовались табличные параметры про­странственного распределения ионно-имплантированпой примеси.

Спектр энергии бомбардирующих ионов на границе пленка - пол­ложка можно определить, считая распределение по текущей энергии гауссовым:

/(*)=

у/2пАЕ(х)

схр

2АЕ²{х)

(2.2)

где Е(х) - средняя энергия ионов; АЕ~(х) - средняя квадратичная

флуктуация энергии.

Средняя энергия ионов на границе пленка - подложка

Я(л) = Я₀-^д-..,

dv

(2.3)

- тормозная спосооность

где £о - начальная энергия ионов;

dv

пленки; л„ - толщина пленки.

Согласно Бору среднюю квадратичную флуктуацию энергии мож­но записать в виде

AE²(x) = Nx_ltJT²6c,

(2-4)

где N - число атомов в единице объема вещества пленки; do -дифференциальное поперечное сечение взаимодействия; Г- энергия, переданная ионом атому.

Подставляя в выражение для дифференциального сечения соот­ветствующее потенциалу взаимодействия Фирсова, получим

(2.5)

Определив спектр энергии ионов на границе пленка- подложка, нетрудно построить профиль распределения ионов в подложке, пред­ставив его как сумму профилей, соответствующих каждой выбран­ной из спектра энергии:

65

C(x)=tf(E_k)e(x_tE_k)bE_ki

(2.6)

A=l

где С(*,£,) =

D

ч/2яД/?_/Ч

схр

2M%

В области энергий, рассматриваемых нами, средняя энергия ато­мов отдачи в слое равна нескольким килоэлектронвольтам, а проек­тивные пробеги атомов с такими энергиями составляют несколько нанометров. Поэтому можно утверждать, что основной вклад в число внедренных атомов вносят атомы отдачи, выбиваемые из тонкого прилегающего к подложке слоя Л\'. Аналитическое выражение, оп­ределяющее спектр энергии первично смешенных атомов отдачи в этом слое Av , можно представить в виде

№ „da _A

(2.7)

полложка 6п

Тогда спектр энергии первично смещенных атомов отдачи на гра-

нице пленка

(2.8)

W

оТ )■ ^к АЕ

rj\ef(E, T) - распределение энергетических потерь. Для потенциала взаимодействия Фирсова

f(^T) =

_2ЕУ2_ТШ

При бомбардировке пленок ионами с энергиями порядка несколько десятков и сотен килоэлектронвольт кинетическая энергия, передавае­мая ионами атомам пленки, значительно превышает пороговую энер­гию смещения, поэтому первично смещенные атомы способны смещать «каскад» вторично смещенных атомов. Согласно модели радиационно­го «каскада», предложенного М. Кумаховым, каскадная функция

v(Ј)=0J03—.

4

(2-9)

Чтобы наши число смещенных атомов, производимых первично смещенным атомом, необходимо усреднить каскадную функцию по энергегическому спектру первично смещенных атомов. Усредненная каскадная функция

66

1'2

v(E) = 0,303

так

(2.10)

«/ >

где Г_тах- максимальная энергия, переданная бомбардирующими ио­нами атомам отдачи.

Учитывая выражение (2.10) для дифференциального сечения, по­лучим выражение для спектра энергий атомов отдачи на границе пленка - подложка.

Определив из выражения (2.8) число первично смещенных атомов пленки, можно определить полное число сметенных атомов, вне­дряемых в подложку, но формуле

Пт-н_шу(Е}

(2.П)

На основе изложенного выше разработаны алгоритмы моделиро­вания процессов легирования подложки атомами отдачи и бомбарди­рующими ионами при бомбардировке гетсрокомпозиций. С помо­щью разработанных программ проведен численный эксперимент. Исследования проводились для структур «пленка (А1, Сг, SiCb, Си, Мо, Аи) - подложка (SiCh, Si)» и бомбардирующих ионов фосфора, бора, аргона. Выбор ионов и объектов исследования обусловлен их практической и научной ценностью.

Значения количества атомов отдачи, внедренных в подложку, в расчете на один бомбардирующий ион при бомбардировке структур «пленка (Аи, Мо, Си) - подложка (Si)» ионами аргона, бора, фосфора представлены в табл. 2.1. Расчетные значения находятся в соответст­вии с экспериментальными.

Таблица 2.1

Полное число атомов отаачи и, внедряемых в подложку в расчете на один

бомбардирующий нон в случае бомбардировки структур «пленка (Ли, Мо, Си) - нолложка (Si)» нонами В. Р, Аг с inept ней 160 кэВ

Пленка	Ион	Толщина пленки 0,6 Я,„ им	и
Си	Аг	41.8	4.7
Си	Р*	49.7	2.92
Си	В'	54,9	0,537
Мо	Аг+	92.5	3,41
Мо	Р'	109.5	2,72
Мо	В*	120.0	0.329
Аи	Аг'	зи	3.048
Аи	Р*	36,5	2.088
Аи	В	39.5	0,268

67

Из расчетных данных видно, что число атомов отдачи, внедрен­ных в подложку, увеличивается с ростом атомной массы бомбарди­рующих ионов. Так, в случае бомбардировки структур «пленка Мо -подложка Si» ионами аргона, фосфора, бора^ число атомов отдачи, внедренных в подложку в расчете на один падающий ион, равно 3,41; 2,72; 0,329 соответственно.

Согласно данным, представленным на рис. 2.8, внедренные в под­ложку атомы отдачи распределяются в тонком приповерхностном слое подложки толщиной в несколько нанометров. При этом средняя кон­центрация атомов отдачи в слое для дозы бомбардировки Ю¹ см по порядку величины равна I0² см Л Для заданной энергии с увеличением массы атома пленки, уменьшением массы бомбардирующих ионов толщина легированного атомами отдачи слоя подложки уменьшается.

Приведенные на рис. 2.9 данные показывают, что при этом в под­ложку одновременно с атомами отдачи имплантируются и бомбар­дирующие ионы, формируя в ней микро- и наноразмерные легиро­ванные ионами бора слои.

При этом с увеличением толщины пленки для заданной энергии и дозы бомбардирующих ионов толщины легированных атомами отда­чи и бомбардирующими ионами слоев уменьшаются.

г\	..."		-	V.
f К	** * /
/ / /				\			\ \ \
* /							\
				\			\ \ \
\						\	-..
	\ i			1 2 \			\
						\ \			\

0 2 4 6 & 10 12

X, НМ

Рис. 2.8. Профили распределения атомов отдачи Си в SiO-

после бомбардировки структуры Си - SiO? ионами В (/), Р (3), Лг (4)

с энергией 100 юВ и дозой Д,= 10¹⁶ см ² и Ли - SiO;-

после бомбардировки структуры An - SiCb ионами Р (2)

с энергией £<>= 100 юВ и лозой Д»= 10 см ~

68

n

108

BO

I

С, см

10 I0^?l

20

]''

10 10

10" 10"

1ft

1?

и

и

10 10 10

ко

t*A
y<. rS.
• \\ \
\ \ \
\ i \
i	\ , V
V r		■	\
1 1			\

36

72

л. им

144

n

С. см 10"

10

I у

10^ю

it

10

10

i«

Ш

10

_--' •"■
У ...
• ■ "L^-	-~—"'"4 "-Г""*—-*«.
b&^	\ - ^\ \ •- \
	\ N
	\		•.
	\
		\		4	Xs
		\
					\
				\'3 -	\
		\		-.	>>
		\
		\ 1		•

0

10 12

Л. KM

Рис. 2.9. Профили распределения бомбардирующих ионов (а) и атомов отдачи (й) в SL после бомбардировки структур SiOi- Si (a) и AI - Si (о) ионами бора с энергией 100 юВ и ДОЗОЙ Д»~ 10^|Лсм

для толщин пленок: а) (/) - 70 им, (2) - 140 км, (J) - 210 нм, г>) (/) - 170 нм, (2) - 340 нм, (3) - 510 им

69

Контрольные вопросы

1.0т чего зависит электрическая активация внедренных в полу­проводник ионов?

2. Что понимается под радиашюнио-ускореиной диффузией леги­рующей примеси в полупроводнике?

3. Основные этапы изготовления транзистора с применением ион­ной имплантации.

4. Что лежит в основе самосовмещенной технологии изготовления приборов?

5. В чем состоит особенность распределения ионно-имплантированной примеси в слоистой мишени?

6. Чем отличается ионная имплантация в случае одновременного распыления материала мишени?

7. От каких основных параметров ионного пучка и процесса в це­лом зависит максимальная концетрация внедренной примеси?

8. В каком случае возникают атомы отдачи при ионной бомбарди­ровке поверхности?

9. В чем состоит отличие в распределении легирующей примеси с использованием атомов отдачи и без них для различных материалов?

70