Моделирование процессов ионной имплантации (стр. 2 из 3)
4. Диффузия имплантированных примесей.
Коэффициент диффузии бора может быть повышен за счет уничтожения кремниевых вакансий и межузельных кластеров, при этом вакансии могут увеличить коэффициент диффузии по узлам кристаллической решетки, а межузельные атомы кремния могут вытеснять атомы бора из ее узлов, что приведет к быстрой диффузии комплексов межузельный атом кремния - атом бора.
5. Быстрый отжиг.
Имплантированные слои могут быть подвергнуты лазерному отжигу с плотностью энергии в диапазоне 1-100 Дж/см2. Вследствие короткого времени нагрева имплантированные слои могут быть термообработаны без заметной диффузии примеси. Имплантированные аморфные слои толщиной 100 нм перекристаллизуются в течение нескольких секунд при Т= 800 С по механизму твердофазной эпитаксии.
Процесс быстрого отжига относиться к категориям чистых процессов, и загрязнения от элементов конструкции оборудования не создают серьезной проблемы. Лазерная энергия может быть локализована на отдельной части кристалла ИС, так что некоторые р-n переходы схемы могут размываться во время отжига за счет диффузии в большей степени, тогда как другие не претерпевают изменений.
Значительное преимущество метода то, что после расплавления и кристаллизации аморфных слоев по методу жидкофазной эпитаксии в них отсутствуют линейные дефекты.
С использованием технологии лазерного отжига создают биполярные и МОП-транзисторы, кремниевые солнечные батареи.
6. Отжиг в атмосфере кислорода.
Процессы отжига, в результате которых все имплантированные ионы занимают электрически активные положения в узлах кристаллической решетки, обычно приводят к возникновению микродефектов. Эти дефекты называют вторичными дефектами. Любые внешние микродефекты развиваются в большие дислокации и дефекты упаковки. Эти дефекты, называемые третичными дефектами, имеют достаточно большие размеры.
ПРИМЕНЕНИЕ ИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ СБИС
Создание мелких переходов
Требование формирования n+ слоев, залегающих на небольшой глубине, для СБИС можно легко удовлетворить с помощью процесса ионной имплантации Аs. Мышьяк имеет очень малую длину проецированного пробега (30 нм) при проведении обычной имплантации с энергией ионов 50 кэВ.
Одной из прогрессивных тенденций развитии СБИС является создание КМОП- транзисторов. В связи с этим большое значение имеет получение мелких p+ - слоев. Такие слои очень сложно сформировать путем имплантации ионов В+.
Решение проблемы, связанной с имплантацией бора на небольшую глубину, на практике облегчается использованием в качестве имплантируемых частиц ВF2. Диссоциация молекулы ВF2+ при первом ядерном столкновении приводит к образованию низкоэнергетических атомов бора. Кроме того, использование молекулы ВF2 имеет преимущество при проведении процесса отжига структур.
Геттерирование
Процесс геттерирования основан на трех физических эффектах:
-освобождение примесей или разложение протяженных дефектов на составные части.
-диффузия примесей или составных частей дислокаций.
-поглощении примесей или собственных межузельных атомов некоторым стоком.
Рассмотрим четыре основные механизма геттерирования примесей.
1. Образование пар ионов.
Диффузия фосфора является эффективным методом геттерирования. Профиль распределения таких примесей, как медь, которая в основном находится в междоузлиях в решетке нелегированного кремния и диффундирует по межузельному механизму, принимает форму диффузионного профиля распределения фосфора. Атомы меди занимают положения в узлах кристаллической решетки кремния в области, легированной фосфором, а затем захватываются вакансиями, расположенными около атомов фосфора, образуя пары Р+Сu3- . Энергия связи и коэффициент диффузии ионных пар определяются обоими ионами.
2. Геттерирование с использованием нарушенных слоев.
Геттерируюшее действие дефектов было исследовано с использованием пескоструйной обработки, механического абразивного воздействия ультразвуком или шлифованием. Особенности дефектов зависят от концентрации и вида имплантированных частиц.
Оптимальная температура геттерирования определяется для каждого конкретного случая. Время жизни неосновных носителей в слое, имплантированном аргоном, существенно увеличивается после отжига при температуре 850 С.
3. Внутреннее геттерирование
Геттером может служить преципитаты SiOx и комплексы дислокаций, присутствующие в объеме кремниевой подложки после предварительной имплантации в нее кислорода. Воздействие этих преципитатов на дислокации приводит к тому, что последние действуют в качестве стока для примесей тяжелых металлов, тогда как поверхностные области становятся свободными от дефектов.
Эффекты, используемые в технологии СБИС
При высокой дозе имплантированного азота скорость окисления кремния уменьшается из-за образования нитрида кремния, тогда как появление дефектов, вводимых при имплантации B, Ar, As, Sb может привести к увеличению скорости окисления. С помощью этих эффектов можно изменять толщину окисла в различных областях приборов СБИС.
В другом случае окислы с поврежденной поверхностью используются для уменьшения толщины маски по краям вытравленных в маске окон, при этом поверхностная область стравливается быстрее, чем бездефектные участки.
2. Постановка задачи.
Постановка задачи заключается в разработке программного обеспечения, которое необходимо, чтобы наглядно представить и понять, а также самому принять неотъемлемое участие в процессе расчета основных явлений при ионной имплантации.
1. По числу компонентов, заданной массе атомов, собственной концентрации атомов в кристалле, зарядам ядер ионов и атомов мишени, необходимо сделать расчет, конечным результатом которого послужит графическое представление расчета (зависимость концентрации примеси от глубины проникновения иона).
Рис. 1.1. Окно заставки
Далее следует окно, в котором пользователь должен будет выбрать тип решаемой задачи (Рис. 1.2.).
Рис. 1.2. Выбор требуемой задачи (в данном случае выбрана задача №1)
Затем появляется окно, в котором пользователю необходимо ввести все необходимые данные, для ее реализации (Рис. 1.3.).
Затем выводится окно, в котором
представлены результаты расчета (Рис. 1.4.).Конечным результатом данной задачи является форма с отчетом, показанная в приложении.
2. Расчет профилей распределения концентрации внедренных примесей в структурах с двойной имплантацией. Расчет производится путем использования данных из предыдущей задачи, а также имеется набор новых данных: энергия акцепторов, доза и все тоже самое для доноров. Конечным результатом является расчет глубины залегания p-n перехода и построение графической зависимости на основе рассчитанных данных.
Также, при выборе задачи №2 из меню заставки (см. Рис. 1.2.), появляется окно для ввода необходимых данных (Рис. 2.1.).
Рис. 2.1. Окно ввода данных (задача№2)
Затем выводится окно, в котором представлены результаты расчета (Рис. 2.2.).
Рис. 2.2. Результаты расчета задачи№2
3. Расчет ионно-имплантированных структур с покрытием и без покрытия.
Ö Данная задача находится еще в проекте!
3. Математическая модель.
Задача№1:
Глубина проникновения в вещество характеризуется пробегом. Траектория отдельных ионов в кристалле подобны ломанным линиям, каждый прямолинейный участок и полная длина которых отличаются друг от друга. Вся совокупность пробегов отдельных ионов группируется по закону нормального распределения случайной величины со значением среднего полного пробегаR и среднеквадратичным отклонением пробегаDR. Практическую важность имеет средний нормальный пробегRp – проекция траектории среднего полного пробега на направление первоначальной скорости иона и его среднеквадратичное отклонение DRp. Для расчета среднего полного пробега R (см) иона с энергией Е (эВ) используют формулы, в которых энергия и пробег выражены в безразмерных единицах e и r соответственно:
Здесь L-нормирующий множитель пробега, см-1; F-нормирующий множитель энергии, 1/эВ.
Радиус экранирования заряда ядра атомными электронами (см):
Коэффициент передачи ионом с массой М1 атому с массой М2 максимально возможной энергии при лобовом столкновении: