Ионная имплантация в технологии ИМС

ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ

Ионная имплантация (ИИ) – это процесс внедрения ионов в подложку с энергией от E = 1…10 кэВ до E @ 1 МэВ. Ионное легирование (ИЛ) помимо имплантации включает электрическую активацию внедрённой примеси, что достигается с помощью отжигов. Отжиги могут проводиться с помощью термических печей (обычный термический отжиг), некогерентного излучения мощными лампами накаливания (быстрый термический отжиг), когерентного светового излучения импульсными лазерами (лазерный отжиг), сканирующего пучка электронов (электронный отжиг) или ионов (ионный отжиг), а также СВЧ-излучения (СВЧ-отжиг). Во всех вариантах происходит трансформация энергии излучения в энергию колебания атомов решетки подложки, т. е. отжиги носят термический характер. ИИ и, соответственно, ИЛ имеют ряд преимуществ перед методом диффузионного легирования.

1. Высокая точность набора дозы (не ниже 1%), q = eQ = jt, где e – заряд электрона (e = 1.6×10^–19 Кл); Q – количество примеси, внедрённой в подложку; j – плотность ионного тока; t – время имплантации. Доза обычно измеряется в микрокулонах на квадратный сантиметр, доза q = 1 мкКл/см² соответствует количеству внедрённой примеси Q = q / e = 6.25×10¹² см^–2.

2. Возможность управления профилем имплантированной примеси варьированием энергии и дозы при последовательных имплантациях.

3. Универсальность – возможность внедрения любых ионов (в том числе и ионов молекул) в твердые подложки любого состава.

4. Низкие температуры имплантации (обычно используется комнатная ~300 К). Это даёт возможность ионного легирования подложек из термически нестабильных материалов, в частности полупроводниковых соединений, например, GaAs, GaP, InSb, InP.

5. Возможность ИИ через маску (в том числе резистивную) на поверхности подложки.

6. Возможность получения скрытых легированных слоёв в глубине подложки.

7. Возможность получения соединений с помощью ИИ – ионный синтез. Например, получение SiO₂ или Si₃N₄ имплантацией ионов O⁺ или N⁺ в кремниевую подложку.

Особенностью ИЛ является образование в имплантированном слое первичных и вторичных радиационных дефектов в процессе имплантации и преобразование их в протяженные структурные дефекты при последующих отжигах.

Примеры использования ИИ в технологии ИМС.

· Получение слабо легированных слоёв с концентрацией примеси менее ~ 10¹⁷ см^–3 и высокоомных резисторов со слоевым сопротивлением R _s > > 1000 Ом/кв.

· Самосовмещённая МОПТ-технология (рис. 3.1) позволяет полу-чать малое перекрытие затвора со стоком и истоком, контролируемое только боковой диффузией и страг-глингом. В обычной МОПТ-технологии размер перекрытия определяется вынужденным допуском на рассовмещение при фотолитографии.

· SIMOX-технология (separation by implantation of oxygen) получения скрытых слоёв SiO₂ под тонким (0.1…0.3 мкм) монокристаллическим слоем кремния.

Дата добавления: 2017-02-01