37 Техническое осуществление метода ионного легирования

Условия проведения ионного легирования. Сепарация ионов. Основные параметры ионного легирования. Применение ионного легирования при изготовлении областей БИС и СБИС.

Внедрение ионов принципиально отличается от диффузии. Движение ионов опред. Начальной энергией, а не градиентом концентрации. Ионное внедрение – быстрый процесс, его можно проводить при комнатной температуре, применять для легирования примесями с низкими коэффициентами диффузии или растворимости в твердой фазе.

Ориентированное внедрение – когда угол между направлением падения ионов и главным кристаллографическим направлением полупроводниковой пластины меньше критического. Глубина прон. Ионов зависит от кристаллографической ориентации и максимальна для направления [110], т.к. плотность атомов решетки типа алмаза в этом направлении наименьшая. Глубина меняется в соотв. [110]>[100]>[111].

Первый максимум распределения обусловлен отклонением ионов от направления каналирования в результате взаимодействия части из них с поверхностными атомами полупроводника. Второй максимум распределения обусловлен идеально каналируемыми ионами.

Разориентированное внедрение ионов при угле падения больше критического сопровождается неупорядоченным движением ионов с передачей значительной энергии. При каждом столкновении происходит передача энергии атомам пластины и торможение движущегося иона до тех пор, пока ион не остановятся окончательно.

Отжиг после ионного внедрения необходим для восстановления нарушенной радиацией кристаллической решетки полупроводника и перевода ионов в электрически активное состояние.

На практике внедрение осуществляется при угле падения ионов большем критического, т.к. в промышленных установках не обеспечивается точность ориентирования, требуемая для каналирования.

Техническое осуществление метода. Ионное внедрение проводят в вакуумных установках дифференциальной откачки, в которых степень вакуума повышается по мере движения ионов от источника к пластинам. Благодаря движению по круговым орбитам в сепараторе происходит разделение ионов по массам. Таким образом выделяется пучок легирующей примеси изотропной чистоты. Для внедрения применяют широкий или остросфокусированный пучки ионов. Широкие пучки формируются дефокусирующими линзами. При внедрении сфокусированным лучом необходимо сканирование луча по поверхности пластин. Пучок ионов направляется в камеру приемного устройства, где расположены пластины. В камере предусмотрены средства для ориентации пластин относительно направления ионного луча и для нагрева.

Преимущества и недостатки ионного легирования. Высокая точность и воспроизводимость глубины и степени легирования за счет поддержания параметров ионного пучка; возможность формирования практически любого профиля легирования; возможность получения скрытых легированных областей; точное воспроизведения рисунка маски при локальном легировании; высокая производительность и легкость автоматизации; возможность выполнения комплекса операций в одной установке.

Недостатки: необходимость отжига; сложность воспроизводимого легирования слоев толщиной более 1мкм; сложность однородного легирования пластин большого диаметра из-за расфокусировки луча при больших отклонениях, сложность оборудования.