3.6. Распределение концентрации при локальной ии

При ионной имплантации через окно в маске шириной 2a (рис. 3.8) распределение концентрации примеси становится двумерным и может быть представлено в виде произведения двух одномерных функций – распределения концентрации примеси в вертикальном (нормальном) направлении C(x) и функции распределения примеси в боковом (латеральном) направлении F(y): C(x, y) = C(x) · F(y), где

,

З десь R_py – страгглинг в боковом направлении.

И з рис. 3.8 и последней формулы видно, что при локальной имплантации через окно в маске часть примеси оказывается под краем маски, где она распределяется латерально с характеристической длиной, соответ-ствующей боковому страгглингу R_py.

3.7. Ионное распыление

В силу случайного характера траектории имплатированных ионов часть из них после многократных столкновений с атомами мишени может оказаться вблизи поверхности, передать часть своей энергии приповерхностным атомам и таким образом выбить их из матрицы наружу, т. е. произвести распыление мишени. Скорость ионного распыления U пропорциональна ионному току U = S j, где S – коэффициент распыления;  – атомный объём материала матрицы. Коэффициент распыления определяется как отношение количества распылённых ионов Q_S к дозе имплантации S = Q_S/Q и зависит от ряда факторов: угла падения пучка ионов , энергии E, массы атома налетающего иона M_a и атома мишени M_m (рис. 3.9). В первом приближении

.

Зависимость коэффициента распыления от угла падения ионного пучка имеет максимум в области углов   70. При обычной ионной имплантации с углом   7 распыление не велико и его необходимо учитывать только при больших дозах (токах) имплантации. В этом случае максимум концентрационного распределения с увеличением дозы имплантации приближается к поверхности (рис. 3.10):

где N_s – концентрация атомов в матрице, до тех пор, пока распределение не станет стационарным, т. е. перестанет изменяться. В этом случае распределение примеси принимает вид

,

а концентрация примеси на поверхности устанавливается C_s ≈ N_s/S.

3.8. Радиационные дефекты и аморфизация

При упругих соударениях (ядерный механизм рассеяния энергии) налетающий ион передаёт часть своей кинетической энергии атомам матрицы. Если энергия, переданная атому матрицы, оказывается больше некоторой пороговой энергии, то налетающий ион выбивает атом матрицы из узла в междоузлие. При этом атом матрицы, получивший энергию, сам может выбивать (смещать) соседние атомы матрицы из узлов, вызывая каскад атомных смещений. В результате, происходит образование первичных радиационных дефектов (РД) – вакансий, собственных междоузельных атомов (СМА) и их пар (пар Френкеля). Общее число смещённых атомов и, соответственно, первичных радиационных дефектов выражается простой формулой , где n_d – число смещенных атомов на один налетающий ион; n_d  0.4E/E_d, E_d – пороговая энергия (E_d 13 эВ в кремнии),  – доля энергии иона E, расходуемая в упругих взаимодействиях. При E = 65 кэВ, E_d = 13 эВ и  = 0.5 имеем n_d  1000 первичных РД на один налетающий ион. Первичные РД, будучи весьма подвижны в кремнии, уже в процессе имплантации образуют вторичные РД – комплексы вакансий и СМА с атомами примесей, вакансионные кластеры V_l, междоузельные кластеры I_m, а также так называемые разупорядоченные облас-ти – сложные образования, содержащие как вакансии, так и СМА. Концентрация вторичных РД N_d2 много меньше концентрации первичных РД из-за взаимной рекомбинации вакансий и СМА. Согласно “+1” модели, N_d2   nQ, где n не намного превышает 1. Зависимость концентрации вторичных РД от дозы имплантации имеет S-образный характер и для лёгких ионов зависит от плотности ионного тока (рис. 3.11). На ней можно выделить три области: 1 – сверхлинейная, 2 – линейная, 3 – насыщения. Сверхлинейная зависимость (1) обусловлена взаимодействием первичных РД друг с другом с образованием комплексов и кластеров собственных точечных дефектов. Линейная зависимость (2) связана с перекрытием каскадов смещений. Насыщение дозовой зависимости (3) с вязано с наступлением аморфизации кристаллической матрицы кремния. Аморфизация наступает либо при превышении концентрации РД величины, составляющей ~10 % от атомной концентрации матрицы (~510²¹ см^-3) – для лёгких ионов, либо при перекрытии разупоряченных областей в соседних каскадах смещений – для тяжелых ионов. Наступление аморфизации х арактеризуется критической дозой аморфизации Q_a, величина которой зависит от массы иона (рис. 3.12) и от температуры мишени (рис. 3.13).

Как видно из рисунков, с увеличением массы иона критическая доза аморфизации уменьшается, а с увеличением температуры возрастает. При температурах имплантации свыше 600 С аморфизации не происходит, так как образующиеся РД отжигаются быстрее, чем накапливаются, моно-кристалличность мишени сохраняется.