2.6. Распределение примесей в транзисторной структуре.

Часто задачей разработчиков является расчет технологических параметров процессов получения сложных (многослойных) транзисторных структур. Создаваться они могут путем или последовательной диффузии или одновременной диффузии донорных и акцепторных примесей при условии, что коэффициенты диффузии этих примесей отличаются по величине. Эффективные концентрации примесей того или иного типа проводимости на любом расстоянии от поверхности пластины вычисляются как алгебраическая сумма концентраций примесей n и p типа проводимости.

| N_эфф | = | N_p+ N_n | (2.22)

Результирующее примесное распределение в транзисторной структуре показано на рис.7.

Рис.2.3. Распределение концентраций примесей в структуре n+-p-n -транзистора (а) и распределение эффективных концентраций (б).

Литература

1. Б.И. Болтакс. Диффузия в полупроводниках. – Изд-во "ФМЛ" М. 1961

3. Ионное легирование

ВВЕДЕНИЕ

Ионное легирование (имплантация) - процесс внедрения в твердотельную подложку высокоэнергетичных (10^-17 ...10^-18 кДж) ионизированных атомов легирующей примеси. Имплантируемые ионы получают путем ионизации соответствующего пара или газа и экстрагируются (извлекаются) из источника потенциалом 10 кВ. Пучек ионов формируется с помощью системы электростатических линз, а увеличение энергии до заданных значений осуществляется ускорением ионов путем подачи высокого напряжения на ускоряющие электроды и подложку. Давление в системе поддерживается на уровне 10^-3 Па в камере источника ионов и 10^-5 Па в камере имплантируемой подложки.

При внедрении в подложку (мишень) быстрые ионы в результате столкновений с атомными ядрами и электронами теряют свою энергию и останавливаются. Установившееся в результате этого распределение внедренных атомов по толщине твердого тела называют профилем торможения. Форма кривой распределения концентрации атомов примеси (профиль торможения) зависит от характера потерь энергии движущимся ионом и определяется как свойствами мишени, так и свойствами самого иона. Для монокристаллических мишеней на распределение пробега влияет ориентация их граней относительно пучка ионов и наличие эффекта каналирования, т.е. движение ионов по каналам, образованным атомными плоскостями. Длина пути ионов от поверхности мишени до точки остановки называется длиной пробега R, а ее проекция на направление первоначального движения, экспериментально определяемая величина, проекцией пробега R_р.

3.1. Теоретические сведения

По теории Бора процесс торможения ионов обусловлен двумя различными механизмами:

-неупругими столкновениями иона со связанными или свободными электронами атомов мишени и

-упругими столкновениями с ядрами атомомов.

В первом приближении считается, что оба вида потерь не зависят друг от друга и действуют одновременно. Такое допущение позволяет выразить величину удельных потерь энергии для одной движущейся частицы в виде суммы ядерной S_n и электронной S_e составляющих процесса торможения.

-dE/dx = N(S_n + S_e) (3.1)

где E - энергия иона в точке x,

N - среднее число атомов в единице обьема мишени,

Согласно теории Линдхарда - Шарфа - Шиотта (ЛШШ) ядерная тормозная способность S_n и электронная тормозная способность S_e соответственно равны:

Z₁ Z₂ M₁

S_n = k₁ ------------------ ----------- (3.2)

 (Z₁^2/3 + Z₂^2/3) M₁ + M₂

Z₁ + Z₂

S_e = k₂ -----------  E (3.3)

 M₁

где k₁ и k₂ - константы, определяемые природой иона и материала мишени соответственно,

Z₁ и Z₂ - заряды ядер,

M₂ и M₂ - массы падающего иона и атома мишени.

На рис.1 показаны зависимости удельных потерь энергии на ядерное и электронное торможение от энергии иона. Как следует из рисун ка, при малых энергиях преобладает ядерное торможение, при высоких-электронное.

При известных S_n и S_e интегрирование (1) дает среднюю полную проекция пробега R_p для иона с начальной энергией E₀

_R 1 _E dE

R_p =  dx = ---  ---------- (3.4)

⁰ N ⁰ (S_n+ S_e)