Поясните распределение концентрации примесей в ионно-легированных слоях

Глубина легированного слоя зависит от ускоряющего напряжения, кристаллографической ориентации поверхности пластины, угла падения ионов на поверхность пластины, температуры пластины во время внедрения и температуры отжига радиационных дефектов.

Рассмотрим распределение ионов при разориентированном внедрении. На практике внедрение осуществляется при угле падения ионов, большем кристаллического. Это объясняется тем, что в промышленных установках не обеспечивается точность ориентирования, требуемая для каналирования. В этом случае движение ионов носит хаотический характер. При движении ионы постепенно теряют свою энергию за счет взаимодействия с электронами и за счет столкновений с ядрами атомов. Траектория движения иона имеет вид ломаной линии, каждый прямолинейный участок которой соответствует пробегу иона до столкновения с атомом решетки. Полная длина пробега иона до остановки складывается из отдельных участков ломаной траектории.

Практическое значение для определения глубины внедрения ионов имеет средняя длина проекции траектории полного пробега на направление начальной скорости ионов пR, называемая средним нормальным пробегом.

Столкновения ионов с атомами решетки носят вероятностный характер, теряемая при каждом столкновении энергия различна.

В соответствии с теорией вероятности предполагается, что вся совокупность нормальных пробегов ионов группируется по гауссовскому закону с величиной среднего полного нормального пробега и средним нормальным отклонением Δ .

Распределение внедренных ионов определяется законом Гаусса:

где х – глубина внедренных ионов; Q – доза облучения.

Величины . и Δ . для ионизированных атомов III и V групп таблицы Менделеева, внедряемых в кремниевую пластину при различных энергиях, приведены в справочных таблицах.

На рис.12 показаны типичные кривые распределения для ионов с низкими и высокими значениями энергии.

Характерные особенности этих распределений:

– распределения подчиняются закону Гаусса;

– максимум распределения находится не на поверхности подложки, как в случае термической диффузии, а на расстоянии от поверхности, равном длине среднего нормального пробега ионов;

– с увеличением энергии облучения максимум распределения сдвигается в глубь подложки, это позволяет получить скрытый заглублённый слой с проводимостью противоположного типа.

Рис.12. Распределение ионов с низкими (а) и высокими (б) значениями энергии при

разориентированном внедрении

Рассмотрим теперь распределение ионов при ориентированном внедрении.

На рис.13. представлена условная схема движения ионов, падающих на поверхность пластины под углами, меньшими критических, а также соответствующая этой схеме кривая распределения внедренных ионов

Рис. 13. Условная схема движения (а) и кривая распределения ионов (б) при

ориентированном внедрении:1– отклонение ионов при столкновении с

поверхностными атомами пластины;

2 – деканалирование ионов;

3 – идеально каналируемые ионы;

4 – гауссово распределение;

5 – негауссово распределение

Первый максимум на кривой распределения ионов обусловлен отклонением ионов, находящихся вблизи поверхности пластины, от направления каналирования в результате взаимодействия частиц падающих ионов с поверхностными атомами полупроводника. Распределение концентрации соответствует гауссовскому распределению пробегов ионов, отклоненных от поверхности. Второй дальний от поверхности максимум распределения обусловлен идеально каналируемыми ионами.

Расчеты показывают, что распределение идеально каналируемых ионов является негауссовым.

Средняя область кривой распределения обусловлена ионами, которые попали в каналы, но не в идеальные условия. Пройдя некоторый путь, они деканалировали и внедрились на глубине в промежутке между двумя максимумами.

Метод ионного легирования имеет следующие преимущества:

– имеется свобода выбора легирующей примеси независимо oт полупроводникового материала, так как при ионном легировании нет необходимости учитывать степень растворимости примесей и коэффициенты диффузии;

– ионное легирование производится при относительно низких температурах;

– возможно получение неглубоких, а также ступенчатых переходов;

– возможно получение слоев, отличающихся по типу проводимости, (например, при создании скрытого слоя в полупроводнике);

– возможно непосредственное измерение электрических характеристик примесей в процессе легирования;

– значительно сокращается производственный процесс;

– возможно значительное повышение чистоты примеси;

– при легировании через маску примеси не распространяются в горизонтальном направлении;

– возможно формирование p – n-перехода в полупроводнике при легировании через защитную поверхностную пленку.

Поиск по сайту: