Процессы микро- и нанотехнологий. Ч. 2. Шутов Д.А - 91 стр.

      Ионное легирование – это процесс внедрения ионизированных атомов (ионов)
легирующей примеси с энергией, достаточной для проникновения в
приповерхностные области кремниевой пластины. Внедряясь в кристалл, ионы
примеси занимают в его решетке положение атомов замещения (при больших дозах
большинство ионов останавливается в междоузлиях и электрически нейтральны) и
создают соответствующий тип проводимости (в зависимости от типа примеси).
Глубина проникновения ионов и характер их распределения в полупроводнике
определяется: ускоряющим напряжением ионного ускорителя (блока ионно-лучевой
установки), электрофизическими параметрами внедряющихся ионов и атомов
полупроводника, направлением движения ионного пучка относительно
кристаллографических осей полупроводника, условиями в процессе внедрения и при
термообработке пластин после ионного внедрения. Отклонение траектории иона от
любой кристаллографической оси влечет за собой увеличение числа столкновений,
что препятствует его проникновению в глубь кристалла. Распределение примеси по
глубине описывается в этом случае функцией Гаусса. При большой дозе внедренных
ионов могут возникнуть большие участки с нарушенной кристаллической решеткой
(даже до аморфного состояния). Если при малых дозах траектория ионов
соответствует направлению каналирования (направление движения соответствует
какой-либо кристаллографичеcкой оси, т.е. ион попадает в свободное пространство
между рядами атомов), то ионы могут проникать глубоко в кристалл, останавливаясь
в конце длины пробега и в этом случае на концентрационном профиле появляется
“пик каналирования” (при больших уровнях доз каналирование невозможно).
Ионное легирование в сравнении с диффузией имеет ряд преимуществ:
      -позволяет внедрять ионы любого элемента в любой кристалл (например,
ионами бора или фосфора легировать алмаз, что невозможно диффузией);
      -обеспечивает низкотемпературные условия легирования (внедрение ионов
происходит практически почти при комнатной температуре, а термообработка после
внедрения, для устранения дефектов имплантации, при 600-700OC);
      -позволяет осуществлять локальное легирование, в том числе получать мелкие
p-n переходы с точно заданными размерами в 3х измерениях и управляемыми
концентрационным профилем;
      -обеспечивает точную дозировку примеси даже при очень больших и самых
низких уровнях легирования (диапазон концентраций внедряемой примеси
соответствует 1014-1021 см-3), когда процесс диффузии становится плохо
воспроизводимым;
      -обеспечивает высокую чистоту процесса легирования, так как ионное
внедрение осуществляется в вакуумной среде с остаточным давлением менее 10-2 Па.
      Однако ионное внедрение требует дорогого и сложного оборудования;
приводит к нарушению кристаллической структуры подложки (радиационные
дефекты); позволяет получать неглубокие легированные слои толщиной 0,1-0,5 мкм
(для увеличения толщины требуется проведение второй стадии диффузии, т.е.
разгонки примеси в глубь пластины). Кроме того, не все внедренные атомы примеси
могут быть электрически активными после ионного легирования, а качество
легированных слоев во многом зависит от равномерности нагрева подложки при
ионной имплантации, остаточного давления в рабочей камере, а также
разновидности и параметров технологических сред термообработки, следующей
после ионного внедрения.
      Процесс ионного легирования достаточно широко применяется в настоящее
время в производстве БИС (преимущественно аналоговых и цифро-аналоговых БИС
на биполярных транзисторах) для уменьшения размеров элементов, получения
                                       91