Изготовление самосовмещенного

Механизм проникновения ионов в подложку

Распределение внедренных атомов по глубине подложки оценивается с помощью симметричной функции распределения Гаусса:

p
n(x)  n(R
_{) exp}^ (x  R_p ) ^

^p _^ 2R ^{2 }
(9.6)




Максимизируем её на расстоянии x = R_p

X
  _ n(x)dx
0
через дозу
n(R


(9.7)


_{) }   _ 0,4

p
^p 2 R ^R
p
(9.8)

где R – общая длина пробега; R_p – проецированная длина пробега; ∆R_p –

флуктуации величины; R_p ∆R_t – боковое рассеяние.
Оказалось, что экспериментальные профили не симметричны. Для учета несимметрии необходимо более тщательное исследование профилей распределения ионов.

8. Дефекты ионного легирования и способы их устранения

   1. 
      Ионное каналирование
      

Эффект каналирования наблюдается при попадании иона в свободное пространство между рядами атомов. Как только ион попадает в это пространство, на него начинают действовать потенциальные силы атомных рядов, направляющие его в центр канала. В результате этого ион продвигается на значительные расстояния. Такой ион постепенно теряет энергию за счет слабых скользящих столкновений со стенками канала и, в конце концов, останавливается. Расстояние, проходимое ионом в канале, может в несколько раз превышать длину пробега иона в аморфной мишени.

Эффект каналирования характеризуется наличием "хвостов" концентрации внедряемых ионов, выявляемых с помощью метода масспектрометрии вторичных ионов и "хвостов" концентрации свободных носителей зарядов, обнаруживаемых при проведении электрических измерений. Попытки устранения эффекта каналирования путем ориентации кремниевой монокристаллической подложки в наиболее плотно упакованных направлениях сводят его к минимуму, но не исключают полностью.
Были сделаны попытки практического использования эффекта каналирования при имплантации примеси на большую глубину. Однако в этом случае значительно затруднены управление профилем распределения имплантируемой примеси и получение воспроизводимых результатов из–за очень высоких требований к точности разориентации ионного пучка относительно основных кристаллографических направлений в подложке.

2. Радиационные дефекты

При внедрении ионов в кремниевую кристаллическую подложку они подвергаются электронным и атомным столкновениям, однако, только атомные взаимодействия приводят к смещению атомов кремния. Легкие и тяжелые ионы производят качественно различное "дерево радиационных дефектов".

Легкие ионы при внедрении в подложку первоначально испытывают в основном электронное торможение. На профиле распределения смещенных атомов по глубине подложки существует скрытый максимум концентрации. При внедрении тяжелых ионов они сразу начинают сильно тормозиться атомами подложки.
Тяжелые ионы смещают большое количество атомов подложки из узлов кристаллической решетки вблизи ее поверхности. На окончательном профиле распределение плотности радиационных дефектов, который повторяет распределение длин пробега выбитых атомов подложки, существует широкий скрытый пик. Сложная структура различных типов дефектов вдоль траектории движения иона вызвана распределением смещенных атомов подложки.
Вводимые в процессе ионной имплантации дефекты состоят из вакансий и дивакансий. При нагреве подложки пучком ионов в процессе имплантации до температуры выше 500 °С будут образовываться дислокации.
При внедрении ионов они подвергаются электронным и атомным столкновениям. Только атомные столкновения ведут к смещению атомов подложки.
Длительность столкновения иона и атома подложки не превышает 10^–13 с; через 10^–12 с тепловые колебания атомов решетки возвращаются к равновесным; за 10^–19 с релаксируют нестабильные нарушения кристаллической структуры.
Легкие ионы ¹¹B испытывают в основном электронное торможение.
Тяжелые ионы ³¹P или ⁷⁵As тормозятся атомами подложки.
В зависимости от энергии переданной атому подложки (∆E) различают следующие случаи (E_d – энергия смещения атома): если ∆E < E_d, то смещения атома не происходит; если ∆E > E_d, то образуются простые точечные дефекты; если ∆E >> E_d, то наряду с формированием стабильных дефектов и вторичным перемещением атомов образуются и кластеры дефектов.
Количество атомов примеси замещающих атомы подложки соответствует точно количеству падающих ионов после их торможения в подложке. Однако радиационные дефекты создают большее число энергетических состояний с глубокими уровнями, чем количество имплантируемых атомов, что делает необходимым отжиг структур после имплантации.
Природа реальных нарушений кристаллической решетки сложна и зависит от материала подложки и вида внедряемых ионов, температуры, ориентации поверхности подложки и т.д. Общая энергия ионов, вносящая вклад в смещение атомов может быть оценена при предположении, что
каналирование, тепловая диффузия и эффекты насыщения незначительны в процессе торможения.

9.