11.5.4. Влияние технологических факторов

Диффузия имплантированных примесей

Диффузия имплантированных примесей в процессе высо­котемпературного отжига несколько отличается от диффузии в ненарушенных слоях материала подложки. Большое значе­ние при этом имеют разнообразные дефекты, которые могут играть роль стоков для атомов примеси или, наоборот, ускорять процесс диффузии.

Рис. 11.5.13. Зависимость концентрации атомов бора от темпе­ратуры изохорного процесса (35 мин) при энергии ионов бора 70кэВ и дозе Д=10¹⁵ ион*см^-2

Так при температуре 900° С диффу­зия имплантированного бора в кремнии протекает со ско­ростью, соответствующей ускоренному коэффициенту диффу­зии, определенному для монокристаллического кремния. При температурах более 1000° С «размытие» имплантированного слоя описывается в рамках обычной теории диффузии. Отступление от классической теории диффузии происходит в основном в области температур 700—800° С, когда основную роль играет не температура процесса, а наличие сильноде­фектных областей. При первоначальном распределении вве­денных методом ионной имплантации атомов примеси, соглас­но функции Гаусса, решение уравнения диффузии при гранич­ных условиях, соответствующих случаю ограниченного источ­ника примеси, имеет следующий вид:

(11.5.9)

В качестве примера на рис. 11.5.13 показаны профили распре­деления имплантированной примеси после отжига, в темпе­ратурном диапазоне 700-—1100° С.

Рассеяние ионов примеси на атомах мишени приводит к возникновению определенной концентрации примесных атомов под маскирующей пленкой. Если боковая диффузия по сте­пени проникновения атомов примеси под маску имеет срав­нимое значение с диффузией в перпендикулярном поверхно­сти пластины направлении, то боковое рассеяние имплантированных ионов значительно меньше глубины их пробегов в прямом направлении. Тем не менее этот эффект необходимо принимать во внимание при конструировании ИС с мелкими р—n-персходами (менее или равными 0,5 мкм).

Технология маскирования при ионной имплантации

Маскирование или защита участков кристаллических плас­тин от действия ионного пучка при создании элементов ИС производится пленками окиси кремния SiO; или Si₃N₄, фото­резистами или пленками металлов. Большие дозы импланта­ции в ряде случаев приводят к изменению физико-химичес­ких свойств маскирующих пленок. Так имплантация ионов алюминия в пленку окиси кремния приводит к образованию смешанных оксидов SiO₂—Аl₂Oз, обладающих повышенной химической стойкостью к действию растворителей по сравне­нию, с чистой окисью кремния.

Применение фоторезистов ограничивает температуру про­ведения ионной имплантации (не более 100° С). Фоторезист под действием доз более 10¹⁴ ион*см^-2 вследствие частичной полимеризации также становится труднорастворимым. Маскирование пленками металлов требует соблюдения особой осто­рожности, так как при имплантации возможно занесение ато­мов маски в полупроводниковые слои. В ряде случаев между слоями полупроводника и металлической маскирующей плен­ки создают тонкий слой диэлектрика, например окиси крем­ния.

Во всех перечисленных выше случаях к маскирующим пленкам предъявлен ряд одинаковых требований: они должны быть достаточно толстыми для полного торможения бомбардирующих ионов, иметь низкий коэффициент распыления ионным пучком и хорошо растворяться после облучения.

Гетерирование

Гетерированием называется удаление нежелательных при­месей и дефектов из области р—n-перехода. Процесс гетерирования состоит в следующем: высвобождение примесей из химических соединений или разложение протяженных дефек­тов на составные части, диффузия примесей или составных частей дислокаций к зонам захвата (стокам), поглощение примесей или междоузельных атомов стоком. Под стоками понимают области полупроводника, куда попадают примес­ные или собственные атомы, которые затем перестают влиять на физические свойства этого полупроводника. Сток обычно связан с нарушением кристаллической решетки, например на­личием плоскости сшивания двух монокристаллических бло­ков.

Диффузия фосфора в ряде случаев является эффективным методом гетерирования меди. Атомы меди в кремнии в основ­ном находятся в междоузлиях, забирая электроны у атомов фосфора они переходят в трижды ионизированное состояние Сu^3- и образуют пары Р⁺Сu^3-. При больших дозах имплантированных ионов (более 10¹⁶ ион*см^-2) последующая термо­обработка приводит к появлению дислокаций и поликристал­лических зон с образованием границ, зерен. Например, внед­рение в кремниевую пластину ионов инертных газов приводит к формированию при отжиге пузырьков газа, ограниченных кристаллографическими поверхностями. На этих поверхнос­тях происходит эпитаксиальное наращивание новых слоев, таким образом во время отжига формируется поликристал­лическая структура. На границах зерен при этом происходит аффективное гетерирование примесей.