Физические особенности процесса ионного легирования

Процесс ионного легирования полупроводника включает две основных операции: собственно внедрение (имплантацию) ионов примеси и отжиг радиационных дефектов.

Ионная имплантация – процесс внедрения в твердотельную подложку ионизированных атомов с энергией достаточной для проникновения их в приповерхностные области подложки (от кило- до мегаэлектронвольт).

Наиболее общим применением ионной имплантации является процесс ионного легирования материалов, так как технология ионной имплантации позволяет с высокой точностью управлять количеством легирующей примеси. Ионная имплантация характеризуется универсальностью и гибкостью процесса, что позволяет получать необходимые концентрации примеси в случаях, когда другие методы неприемлемы (легирование бором и фосфором в алмазах). Маски при данном методе легирования могут быть изготовлены из фоторезистов, окислов, нитридов, поликристаллического кремния и др. Процесс ионной имплантации может осуществляться при низких температурах (вплоть до комнатных), благодаря чему сохраняются исходные электрофизические свойства кристаллов.

Процесс ионного легирования заключается в ионизации и ускорении до больших скоростей атомов примеси. Эффективная масса иона в 103 – 105 больше массы электрона, поэтому при заданной энергии ион имеет импульс, в 102 – 104 раз превышающий импульс электрона. Ускоренные атомы примеси внедряются в кристаллическую решетку полупроводника под воздействием приобретенного импульса. Проникая в кристаллическую решетку, ионизированный атом примеси постепенно теряет кинетическую энергию за счет взаимодействия с электронами и упругих столкновений с атомами полупроводника и примеси, т.е. в результате электронного и ядерного торможения. При точной ориентации направления падения пучка ионов вдоль одной из кристаллографических осей пластины полупроводника, часть ионов движется вдоль атомных рядов, между которыми имеются достаточно широкие каналы, свободные от атомов. Это явление называют каналированием. Попав в канал, ионы испытывают менее сильное торможение и проникают в несколько раз глубже, чем в случае неориентированного внедрения. Если энергия, переданная атому решетки, превышает энергию связи атомов в твердом теле, то атом покидает узел. В результате образуется дефект.

После имплантации производят отжиг, задача которого – устранить радиационные нарушения и обеспечить электрическую активацию внедренных атомов.

Анализ влияния технологических параметров на процесс ионной имплантации

На процесс ионной имплантации влияют различные факторы такие как масса и энергия ионов, дозы облучения, материал мишени, её температура и кристаллическая ориентация, наличия на её поверхности загрязнений и т.п.