В том случае, когда кристалл ориентирован точно по направлению с низкими кристаллографическими индексами, для движущегося иона ряды атомов кристалла образуют как бы канал, а траектория иона совпадает с осью канала.

N ( x )

I

I I I I I

x

Распределение примеси при каналировании: I - основное распределение; II - деканалированные ионы; III - каналированные ионы

Дефекты структуры в полупроводниках при ионном легировании

Процесс ионного легирования в отличие от процесса термической диффузии сопровождается возникновением в материале мишени большого количества разнообразных структурных дефектов, называемых радиационными. Число дефектов может достигать нескольких сотен на один внедренный ион. От наличия дефектов и их концентрации зависят многие свойства полупроводника. Например, электропроводность легированных полупроводниковых слоев определяется концентрацией не только введенной примеси, но и дефектов. Радиационные дефекты приводят к появлению энергетических уровней в запрещенной зоне полупроводника, которые способствуют росту скорости рекомбинации и снижению концентрации и подвижности свободных носителей заряда

Внедряемые ионы, сталкиваясь с атомами мишени, передают им кинетическую энергию. Если передаваемая ионом энергия превы- шает некоторую пороговую энергию Eпор, то атом мишени выбива- ется из узла решетки и может двигаться через кристалл. Пороговой энергией называется наименьшая энергия, которую надо сообщить колеблющемуся около положения равновесия атому, чтобы он ока- зался в междоузлии. Обычно пороговая энергия заключена в пре- делах 15 - 80 эВ (например, 16 эВ для кремния). Смещенный атом мишени может в свою очередь сместить другие атомы. Таким об- разом, первичный ион вызывает при подходящей энергии каскад атомных столкновений, в результате которого возникают разнооб- разные дефекты.

Путем отжига при повышенной температуре удается восстановить исходную структуру кристалла и почти полностью ионизировать примесные атомы, введенные в полупроводник в процессе ионного легирования. Это обусловлено большой подвижностью первичных точечных радиационных дефектов - междоузельных атомов и ва- кансий.

Ч и с л о с м е щ е н н ы х а т о м о в N d в т в е р д о м т е л е о б ы ч н о н а х о д я т п о

г д е E - э н е р г и я и о н а ; E d - э ф ф е к т и в н а я п о р о г о в а я ( т . е . н а и м е н ь ш а я ) э н е р г и я с м е щ е н и я а т о м а м и ш е н и и з у з л а

к р и с т а л л и ч е с к о й р е ш е т к и . П р и э т о м п р е д п о л а г а е т с я , ч т о а т о м ы п р и с о у д а р е н и и в е д у т с е б я к а к т в е р д ы е ш а р ы и в с е с о у д а р е н и я у п р у г и е , т .е . н а э л е к т р о н н о е в о з б у ж д е н и е э н е р г и я н е р а с х о д у е т с я .

Распределение внедренных ионов бора N (сплошные кривые) и дефектов Nd (штриховые кривые) в кремнии. (Энергии ионов бора 20 и 40 кэВ).

Характерной особенностью распределения дефектов является смещение их максимума в сторону меньших глубин относительно максимума концентрации примесных атомов. Это объясняется тем, что слои, расположенные в районе максимума концентрации примесей, экранируются вышележащими слоями кремния и испытывают смещения от меньшего числа ионов по сравнению со слоями, расположенными ближе к поверхности.