Іонна імплантація

Міністерство освіти РеспублікиБілорусь

Білоруський державнийуніверситет інформатики і радіоелектроніки

Факультет комп'ютерногопроектування

Кафедра електронної техніки ітехнології

Реферат на тему: В«Іонна імплантаціяВ»

Виконав: Студент гр. 911101 КравчукА. С.

Перевірила: Гуревич О. В.

Мінськ, 2009

Зміст

Введення

1.Сутність іпризначення іонної імплантації

2.Схема установки

3.Основні характеристикиіонної імплантації

4.Іоннаімплантація і промисловість

5.Дефекти приіонному легуванні та способи їх усунення

6.Застосування іонноголегування в технології НВІС

6.1 Створення дрібних переходів

6.2 гетерування

6.3 Ефекти, використовувані втехнології НВІС

Висновок

Список літератури

Введення

Іонної імплантацією прийнято називатилегування тонких приповерхневих шарів твердого тіла шляхом опроміненняповерхні пучком іонів, прискорених до енергії 104-106 еВ. Перші публікаціїз цієї тематики датовані початком 60-х років і мова тоді йшла про легуваннінапівпровідників. Цей напрямок домінувало аж до початку 80-х років,коли паралельно з ним з'явилася і за кілька років сформувалася нова гілкадослідження та технології, що одержала в останні роки назву"Имплантационная металургія".

Універсальність іонної імплантації (іпо виду легуючого речовини, і по вигляду легіруемого матеріалу) на початковомуперіоді "малих доз" дозволяла не обмежувати себе ні фізичними, ніекономічними міркуваннями і намагатися застосувати її всюди, де є твердетіло і необхідність якось змінити властивості його поверхневого шару. На тліколосального розширення фронту робіт до пори до часу можна було не помічатиокремих невдач в застосуванні іонної імплантації до тих чи інших систем і тутж переходити до іншим завданням. Пізніше, коли бум "Імплантація може все!"змінився більш поглибленим і серйозним аналізом, почали прояснюватися деякіфізичні обмеження імплантаційного методу. Цей процес почався, коли, зодного боку, стали намагатися для отримання тих же результатів пробуватиінші, альтернативні методи, а з іншого боку, почалася "гібридизація"імплантаційній методики з традиційними технологіями.

Перехід імплантаційній технології злабораторій в промисловість ввів у дію потужний економічний фактор оцінки- Продуктивність і вартість операції. Особливо гостро це питання посталосаме у зв'язку з "імплантаційній металургією" або імплантацією великих доз,де вирішальним чинником вартості всієї технології стає продуктивністьімплантаційного обладнання. Навіть в напівпровідниковій технології, де розміриоброблюваної поверхні незначні, тривалість і вартість операціїлегування емітерний шарів на стандартному імплантаційних обладнаннівиявилася непомірно високою; для потреб же машинобудування ця проблемапосилюється і масштабом виробництва, і дешевизною інших операційтехнологічного ланцюжка.

У зв'язку з цим виникаєнагальна необхідність провести порівняльний аналіз основних технологіймодифікації поверхневих шарів, висвітити фізичні обмеження іонноїімплантації та альтернативних технологій стосовно до конкретних задачнауки і техніки, а також провести орієнтовну економічну оцінку цихтехнологій і перспективи їх освоєння в тій чи іншій області промисловості.Цьому і присвячена справжня робота.

1. Сутність і призначення іонноїімплантації

Іонна імплантація - це процес, вякому практично будь-який елемент може бути впроваджений в приповерхневій областібудь-якого твердого тіла - мішені, поміщеної у вакуумну камеру, за допомогою пучкависокошвидкісних іонів з енергією до декількох мегаелектронвольт.Імплантіруемие іони впроваджуються в матеріал мішені на глибину від 0,01 до 1 мкм,формуючи в ній особливе структурно-фазовий стан. Товщина шару залежить віденергії і від маси іонів і від маси атомів мішені.

Так як технологія імплантаційногомодифікування дозволяє впровадити в поверхню задану кількістьпрактично будь-якого хімічного елемента на задану глибину, то таким чиномможна сплавляти метали, які в розплавленому стані не змішуються, аболегувати одна речовина іншим в пропорціях, які неможливо досягти навітьпри використанні високих температур. Отже, виявилося можливимстворювати композиційні системи з унікальними структурами і властивостями, суттєвовідмінними від властивостей основної маси деталі.

Як об'єкт атомно-фізичнихдосліджень іонна імплантація вперше сформувалася на початку 60-х років. Цестало можливим завдяки досягненням в області вивчення ядернихвзаємодій; основним обладнанням для іонного легування єприскорювач. Енергія іонів може змінюватися (в залежності від властивостей матеріалівкомбінації іон - мішень) від декількох кілоелектронвольт (кеВ) до декількохмегаелектронвольт (МеВ). Введення імпланту в основну решітку поверхнівироби можливо без "дотримання" законів термодинаміки, що визначаютьрівноважні процеси, наприклад, дифузію і розчинність.

Іонна імплантація призводить дозначної зміни властивостей поверхні по глибині:

Г? шар із зміненою дислокаційноїструктурою до 100 мкм.

Успішне застосування іонноїімплантації визначається головним чином можливістю передбачення та управлінняелектричними і механічними властивостями формованих елементів при заданихумовах імплантування.

Найбільш поширеним застосуваннямІІ в технології формування НВІС є процес іонного легування кремнію.Часто доводиться проводити імплантацію атомів в підкладку, яка покрита однимабо декількома шарами різних матеріалів. Існування багатошаровоїструктури здатне викликати різкі перепади в профілі легування на кордоніокремих шарів. За рахунок зіткнення іонів з атомами приповерхневих шарівостанні можуть бути вибиті в більш глибокі області легіруемого матеріалу.Такі "осколкові ефекти" здатні викликати погіршення електричниххарактеристик готових приладів.

Загальна траєкторія руху іонаназивається довжиною пробігу R, а відстань, прохідне впроваджуваних іоном дозупинки в напрямку, перпендикулярному до поверхні мішені, проектувалидовжиною пробігу Rp.

2. Схема установки

Рис. 1. Схема установки для іонноїімплантації

Схема установки для іонноїімплантації наведена на рис. 1.

1 - джерело іонів

2 - мас-спектрометр

3 - діафрагма

4 - джерело високої напруги

5 - прискорювальна трубка

6 - лінзи

7 - джерело живлення лінз

8 - система відхилення променя повертикалі і система відключення променя

9 - система відхилення променя погоризонталі

10 - мішень для поглинаннянейтральних частинок

11 - підкладка

Магнітний мас-спектрометрпризначений для відділення непотрібних іонів від легуючих, електрометрії - длявимірювання величини імплантованого потоку іонів. Маски для ШІ можуть бутивиготовлені з будь-яких матеріалів, використовуваних в технології НВІС (фоторезист,нітриди, оксиди, полікремній).

Управління дозою при ІІ ускладнененизкою факторів. Це наявність потоку нейтральних частинок, обмін енергії іонів змолекулами газів, вторинна електронна емісія з мішені, ефект зворотногоіонного розпилення. Для ліквідації наслідків дії цих факторіввикористовують наступні технічні прийоми. Нейтральні молекули відсівають здопомогою мас-спектрометра (його магнітним полем не відхиляє нейтральні частинкиі вони не потрапляють в апертурну діафрагму). Крім того, в камері підтримуєтьсядостатньо високий вакуум, що запобігає процес нейтралізації іонів.Вторинну електронну емісію пригнічують, розташовуючи близько мішені пасткуФарадея.

Рис. 2. Профіль розподілу домішкипри іонній імплантації бору різних енергій в кремній

Профіль розподілу домішки приіонної імплантації бору різних енергій в кремній наведено на рис. 2. Длякоректного теоретичного розрахунку профілю, особливо... для великих значеньенергій пучків іонів, використовують два об'єднаних розподілу Гауса

,

Де D - поглинена доза,

Rm - модальна довжина пробігу (аналог проекційної довжинипробігу при гауссовского розподілу),

D R1, D R2 - флуктуації першого і другого розподілу,

D Ri = D R1 при x> Rm ,

D Ri = D R2 при x <= Rm .

Теоретичні профілі, розрахованіпо наближенню Пірсона з 4 параметрами і розподілу Гауса, і виміряніпрофілі при іонній імплантації бору в кремній без проведення відпалу наведеніна рис. 3.

3. Основні характеристики іонноїімплантації

Формально іонною імплантацієюслід було б називати опромінення поверхні твердого тіла атомами абоатомарними іонами з енергією не менше 5-10 енергій зв'язку атома в решітціопромінюваної мішені (тоді до зупинки іон або атом пройде не менше 2-3міжатомних відстаней, тобто упровадиться, "імплантується" в обсяг мішені). Будемо,однак, за традицією терміном "іонна імплантація" називати тут більш вузький діапазоненергій - від 5-10 кеВ до 50-100 кеВ (це пов'язано і з історією розвитку методу,і з особливостями обладнання, на якому реалізується опромінення, та й з тим,що для інших енергій іонів вже практикуються інші найменування процесу). І зсамого початку склалася така ситуація, що дослідники іонної імплантаціїдекларували (маючи на це достатньо підстав) наступний ряд достоїнствлегування методом іонної імплантації (або імплантаційного легування):

1. Можливість вводити(Імплантувати) будь-яку домішка, будь-який елемент Таблиці Менделєєва.

2. Можливість легувати будьматеріал.

3. Можливість вводити домішка в будьконцентрації незалежно від її розчинності в матеріалі підкладки.

4. Можливість вводити домішка прибудь температурі підкладки, від гелієвих температур до температури плавленнявключно.

5. Можливість працювати з легуючимиречовинами технічної чистоти і навіть з їх хімічними сполуками (теж будьчистоти).

6. Ізотопна чистота легуючогоіонного пучка (тобто можливість легувати не тільки виключно данимиелементом, але й винятково даними ізотопом цього елементу).

7. Легкість локального легування (здопомогою хоча б елементарного механічного маскування).

8. Мала товщина легованого шару(Менше мікрона).

9. Великі градієнти концентраціїдомішки по глибині шару, недосяжні при традиційних методах з неминучимдифузійним розмиванням кордону.

10. Легкість контролю та повноїавтоматизації технологічного процесу.

11. Сумісність з планарнойтехнологією мікроелектроніки.

До теперішнього часу ейфоріяабсолютизації цих достоїнств пройшла, більш-менш визначено сформувалисяобласті їх найбільш опуклого прояви, але також і області, де вони перестаютьдіяти (нижче про це буде сказано докладніше). У кожному конкретному випадкузастосування іонної імплантації на перший план виступають ті чи інші особливостіпроцесу, ті чи інші фізичні ефекти, супутні імплантації. Томукорисно нагадати перелік основних фізичних ефектів, істотних приімплантаційних легуванні (див. табл. 1).

Дослідження цих ефектів дозволилодомогтися значних успіхів у використанні іонної імплантації для вирішеннянаукових завдань по цілому ряду напрямів, як фундаментальних, так іприкладних. Основні галузі науки, де іонна імплантація стала потужнимінструментом досліджень, перераховані в Таблиці 2, а в Таблиці 3 показано, якіз фізичних ефектів іонної імплантації є ключовими при використаннів кожній з цих областей науки.

Таблиця 1. Основні фізичніефекти, що супроводжують іонну імплантацію.

Індекс ефекту Найменування фізичного ефекту 1 Хімічне легування 2 Порушення кристалічної структури матеріалу мішені 2.1 Порушення стехіометрії матеріалу мішені 3 Радіаційне стимулювання процесів 3.1 Стимулювання дефектообразующей радіацією 3.2 Стимулювання неруйнуючої радіацією 3.3 постімплантаціонних стимулювання 4 гетерування дефектів і рухливих домішок 5 Механічні напруги 6 Освіта макроскопічних дефектних структур 7 Фазові переходи 8 Дифузійні ефекти 8.1 Дифузійне перерозподіл домішки 8.2 Дифузія дефектів

Таблиця 2. Перелік основних науковихнапрямків, де використовується іонна імплантація

Індекс напрямки Найменування галузі науки 1 Фізика взаємодії швидких атомних частинок з твердимтілом 1.1 Фізика руху швидких частинок в твердому тілі 1.2 Фізика дефектоутворення в твердому тілі 2 Фізика твердого тіла 2.1 Фізика фазових переходів 2.2 Дослідження радіаційно-стимульованих процесів 3 Фізика, хімія і механіка поверхні 3.1 Каталіз 3.2 Зовнішня електронна емісія 3.3 Корозійна стійкість, пасивація 3.4 Фізика втоми матеріалів 3.5 Зносостійкість 3.6 Антифрикційні властивості поверхні 4 Фізика напівпровідників 4.1 Фізика pn-переходу 4.2 Фізика сільнолегірованних шарів напівпровідника 4.3 Фізика напівпровідникових приладових структур

Аналізуючи вміст Таблиці 3,неважко угледіти, що в більшості завдань при використанні іонноїімплантації практично "працює" лише мала частина того набору фізичнихефектів, які визначають результат імплантаційного легування. Цей фактнаводить на ду...мку, що можна для тих же цілей використовувати інші процеси таметодики, або більш прості, або дешевші, або більш продуктивні, абопросто більш доступні в конкретній ситуації. І нарешті, слід зазначити, щоіснують методики, що володіють, крім перерахованих у Таблиці 1 властивостей, ще йіншими властивостями, корисними стосовно до деяких конкретним завданням.

Таблиця 3. Роль різних фізичнихефектів іонної імплантації в роботах по науковими напрямками, перелічених уТаблиці 2.

Індекс фізеффекта імплантації Індекс наукового напрямку 1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4.1 4.2 4.3 1 - - + - + + + + + + + + 2 + + + - + + + + + 3.1 - + + + + + - - - - 3.2 - + + + - - - - - - - - - 3.3 - + + + - - - - - - - - - 4 - + + + + - + - - + - + 5 - + + - - - - + + + - - - 6 + + - - - - - + + - - - + 7 - + + + + + + - + + + - - 8.1 - - + - + + + - + + + + + 8.2 - + + + - - - + - - + + +

Примітки до Таблиці 3:

1. Індекси фізичних ефектів інаукових напрямків відповідають позначенням в Таблицях 1 і 2,відповідно.

2. Знаком "+" відзначені ефекти,грають значну роль при роботі з даного наукового напрямку, знаком"-" - Не грають ніякої ролі; відсутність знака означає відсутність надійноїінформації з даного питання.

Таким чином, є сенс переглянутиосновні альтернативні процеси, в тих чи інших варіантах застосовувалися якдля фізичних досліджень, так і для промислових технологій. Орієнтовнийперелік цих процесів або методик наведено в Таблиці 4 (автор не претендуєні на повноту списку, який і так занадто великий, ні на строгістькласифікації).

Таблиця 4. Перелік основнихтехнологічних процесів (методик), застосовних для вирішення завдань в областяхдослідження, перерахованих у Таблиці 2.

Таблиця 4 а. Перелік технологічнихпроцесів групи 3 - "Енергетичне вплив на підкладку з нанесеним аболегованим шаром чи без цього шару ".

Примітки до таблиці 4 і 4 а:

1. Методики групи 3 індексуються впорядку рядків матриці (наприклад, 3А2В4С1 означає В«енергетичний впливлазерним променем тривалістю В»з, причому шар протягом всього процесу залишається втвердій фазі ").

2 *. Знак "Х" умовно означає весьнабір альтернативних методик по цьому рядку.

3 **. Дифузійне легування"Приписано" до групи 2 умовно, тому на відміну від всіх інших методик цієїгрупи тут не наноситься зовнішній шар, а відбувається легування поверхневогошару підкладки.

4. Методики 4 відносяться до "гібридним"методиками, що поєднує і нанесення плівки (група 2), і незалежнуенергетичну її обробку (група 3).

Кожна з методик Таблиць 4 та 4 а,природно, має своїм комплектом фізичних ефектів, супутніхпроцесу. Оскільки завданням цієї роботи є порівняння альтернативнихметодик з іонною імплантацією 1.2.1, в якості базового виберемо комплектфізеффектов, перерахованих у Таблиці 1, і подивимося, які з них і в якіймірою реалізуються в альтернативні методики. Результат цього аналізупредставлений в Таблиці 5.

Таблиця 5. Порівняльна рольрізних фізичних ефектів для різних методик, перерахованих у Таблиці 4.

проблематиці.можливостями.Таким

1.

2.

3.Максимальна

4.Якщо ж

5.

6.

7.

8.

9.

10.

4.промисловість

х технологій стає куди більш важливою. Тим більше що до спискуальтернативних методик, наведеному в Таблиці 4, тут додасться цілий рядчисто металургійних технологій, добре відпрацьованих, продуктивних танабагато більш дешевих.

Які з успіхів фізики іонноїімплантації вже "дозріли" до промислового впровадження? Їх досить багато, частинапроцесів благополучно освоєна промисловістю (перш за все це відноситься дотехнології напівпровідникових приладів), але значно більша частина післядемонстрації помітних фізичних переваг імплантації "забуксувала" самена стадії масштабування процесу, коли вирішальне слово - за економічнимрозрахунком.

Сучасне імплантаційнеобладнання (навіть промислового призначення) було орієнтовано в основному напотреби мікроелектроніки і забезпечувало фактично тільки режим малих доз.Перехід до великих доз імплантаційній металургії вимагає ефективнішевикористовувати і робочий іонний пучок, і час роботи установки, ідопоміжні ресурси (воду, електроенергію, робочу речовину), іавтоматизацію, причому все це - на тлі збільшення іонного струму на 3-6порядків. Такі завдання непосильні для існуючого обладнання, тому підвсьому світі одночасно з модифікацією імпланторов (так називають установки дляімплантаційного легування) йде пошук альтернативних процесів ітехнологічного обладнання (що зн...аходить своє відображення навіть у назвахконференцій і шкіл, коли одночасно аудиторії пропонується обговореннявакуумної, електронної та іонної технологій).

Конкретні вимоги до технології таустаткуванню фактично визначаються трьома факторами: поверхневої дозоюлегування (ат/см 2 ), продуктивністю технологічного ділянки(М 2 /год) і допустимої вартістю обробки одиниці площі (руб/м 2 ,або, у виключення інфляційних поправок, в $ US/м 2 ). Щоборієнтуватися в цих величинах, проведемо порівняння різних технологій придозах 1014 і 1017 іон/см 2 . Максимальна з цих величинприблизно відповідає завданням імплантаційній металургії, мінімальна -завданням мікроелектроніки. Варіювання продуктивності одиниці обладнаннядуже суттєво, тому що повністю змінює вигляд установок, їх структуру тавідносний пріоритет функціональних можливостей, а внаслідок цього ірезультуючу вартість як устаткування, так і технології.

У Таблиці 6 наведено результатипорівняння вартісних характеристик різних технологій. Порівняння сутоорієнтовний, тому багато що залежить від конкретних завдань і конкретнихможливостей реалізації технології. Наприклад, для підвищення корозійноїстійкості деяких матеріалів іноді застосовують палладірованіе поверхневогошару завтовшки <1 мкм. Якщо цю операцію здійснювати на імплантаційнійустановці з іонним джерелом нільсеновского типу, де іонний струм на лінію Pd +не перевищує 0.3 мкА, то для набору дози 1017 іон/см 2 необхідновесь цей пучок зосередити на площі в 1 см 2 протягом 20000секунд, тобто 5.4 години. Продуктивність операції виявляється неприпустимонизькою (<0.00002 м 2 /год), вартість буде астрономічною. Длябільш потужної установки з іонним джерелом типу "калютрон", де струм на лініюPd + досягає 100 мкА, продуктивність складе вже 0.006 м 2 /год,вартість обробки одного м 2 зменшиться, але все одно тільки до~ 1500 $ US/м 2 . Якщо врахувати неповноту використання іонного струму(Через граничних ефектів, складної форми оброблюваної поверхні, і т.п.),то ці значення можуть погіршитися в 3-20 разів.

Інший приклад - азотуванняповерхні деталей. Тут іонний струм в 30-100 разів вище, ніж на Pd;відповідно, у стільки ж разів краще і економічні показники процесу.Однак і в тому, і в іншому випадку ні продуктивність (~ 2 * 10 -5 і0.5-2 * 10 -3 м 2 /год), ні вартість (1500 і 15 $ US/м 2 )не відповідають звичайним масштабами машинобудівних виробництв. Побіжнийаналіз Таблиці 6 показує, що для кожної з названих завдань (палладірованіеі азотування субмікронного шару) можна вибрати не менше десяткаальтернативних технологій, вартість і продуктивність яких істотнокраще, ніж для імплантації з мас-сепарацією. Наприклад, якщо палладірованіездійснювати двох стадійним процесом 2.3.1 і 3А1В3С1, то отримаємо продуктивністьдо 100 м 2 /год при вартості обробки 0.2-0.3 $ US/м 2 . Дляазотування цілком технологічні 1.1.1 (для тих матеріалів, які не боятьсянагріву) або 1.1.2. В останньому випадку можна застосовувати іонні джерела, що даютьробочий іонний струм в десятки ампер, що дозволяє забезпечити продуктивністьв сотні м 2 /год і вартість обробки <0.02 $ US/м 2 .

Таблиця 6. Порівняння економічнихпоказників різних технологій.

Умовні позначення в графі"Примітки" Таблиці 6:

а-переважно великі дози,

б-переважно малі дози,

в-вибір робочих речовин обмежений(В1 - метали, в2-гази),

г-продуктивність сильно залежитьвід виду легуючої домішки,

д-вимагає додаткових операцій.

Аналогічна ситуація має місцепрактично у всіх областях застосування іонної імплантації в режимі великихдоз.

5. Дефекти приіонному легуванні та способи їх усунення

Стикаючись з електронами і ядрамимішені, іони легуючого речовини на деякій глибині втрачають енергію ізупиняються. Якщо відомі тип та енергія іонів і властивості оброблюваногоматеріалу, то глибина проникнення (або довжина пробігу) може бути обчислена.Для пучків з типовими енергіями від 10 до 500 кеВ величина пробігу досягаєодного мкм. Як вже вказувалося, внаслідок впливу великої кількості факторів,епюра розподілу запровадженого речовини в поверхню близька за формоюгауссовскому розподілу (рис. 4). Впровадження іонів в кристалічні гратиоброблюваного матеріалу приводить до появи дефектів структури (рис. 4).

Вибиті з вузлів решітки атомиречовини призводять до утворення вакансій і дефектів структури у вигляді впровадженихмежузельних атомів. Ці ж дефекти виникають при застряванні між вузламирешітки іонів. Скупчення таких дефектів утворює дислокації і цілідислокаційні скупчення (мал. 5).

Рис. 4. Розподіл іонівлегуючого речовини (1) і дефектів кристалічної решітки (2) по глибинімодифікованого поверхневого шару.

Загальна разупорядоченностікристалічної будови (аж до переходу речовини в аморфний стан)решітки при іонному бомбардуванні називається радіаційним пошкодженням.Дослідження показують, що радіаційні пошкодження можуть змінити впозитивну сторону механічні, електричні та інші властивості металуповерхневого шару, але можуть і знижувати експлуатаційні властивості деталей. Востанньому випадку робиться отжиг; температурна активація прискорює перебудовуатомів, що призводить до більш високої термодинамічної стабільностівпорядкованої кристалічної решітки.

Для зміни епюри розподілуімплантованих атомів по глибині поверхневого шару застосовують варіюванняенергії іонного пучка і числа іонів, що потрапляють в мішень, як це показано намалюнку 6.

Рис. 5. Модель зміникристалічної будови речовини і хімічного складу підкладки при бомбардуванніїї прискореними іонами

1 - атоми підкладки;

2 - іони имплантируемого речовини;

3 - утворюються вакансії;

4 - шляхи руху іона;

5 - атом підкладки, застряглий вмежузельние просторі;

6 - шляхи руху вибитих атомів звузлів решітки;

7 - атом мішені, що видаляєтьсярозпиленням з поверхні.

Пунктирними лініями показані епюрирозподілу іонів азоту, імплантованого в залізо пучками різнихенергій; при цьому кожна подальша обробка виконується пучком більшоюенергії. Результуюча концентрація іонів імплантованого речовинивиходить достатньо однорідною при деякій товщині шару.

Рис. 6. Епюри розподілуконцентрації іонів азоту, імплантованого в залізо пучками різних енергій

Іонне каналювання.

Ефект каналювання спостерігається припопаданні іона у вільний простір між рядами атомів. Як тільки іонпотрапляє в цей простір, на нього починають діяти потенційні силиатомних рядів, направляючі його в центр каналу. В результаті цього іонпросувається на значні відстані. Такий іон поступово втрачає енергію зарахунок слабких ковзних зіткнень зі стінками каналу і, врешті-решт,залишає цю область. Відстань, прохідне іоном в каналі, може в кількаразів перевищувати довжину пробігу іона в аморфній мішені.

Ефект каналювання характеризуєтьсянаявністю "хвостів" концентрації атомів, що виявляються за допомогою методумасспектрометріі вторинних іонів і "хвостів" концентрації вільнихносіїв зарядів, що виявляються при проведенні електричних вимірювань.Спроби усунення ефекту каналювання шляхом орієнтації кремнієвоїмонокристаллической підкладки в найбільш щільно упакованих напрямках зводятьйого до мінімуму, але не виключають повністю.

Були зроблені спроби практичноговикористання ефекту каналювання при імплантації домішки на велику глибину.Однак у цьому випадку значно утруднені управління профілем розподілуімплантіруемих домішки і отримання відтворюваних результатів через дужевисоких вимог до точності разоріентаціі іонного пучка відносно основнихкристалографічних напрямків в підкладці.

Освіта радіаційних дефектів.

При... впровадженні іонів в кремнієвукристалічну підкладку вони піддаються електронним і ядерним зіткнень,однак, тільки ядерні взаємодії призводять до зміщення атомів кремнію.Легкі і важкі іони виробляють якісно різне "дереворадіаційних дефектів ".

Легкі іони при впровадженні в мішеньспочатку відчувають в основному електронне гальмування. На профілірозподілу зміщених атомів по глибині підкладки існує прихований максимумконцентрації. При впровадженні важких іонів вони відразу починають сильно гальмуватисяатомами кремнію.

Важкі іони зміщують великекількість атомів мішені з вузлів кристалічної решітки поблизу поверхніпідкладки. На остаточному профілі розподіл щільності радіаційнихдефектів, який повторює розподіл довжин пробігу вибитих атомів кремнію,існує широкий прихований пік. Складна структура різних типів дефектіввздовж траєкторії руху іона викликана розподілом зміщених атомів кремнію.

Введені в процесі іонноїімплантації дефекти складаються з вакансій і дивакансій. При нагріванні мішені пучкоміонів в процесі імплантації до температури вище 500 С будуть утворюватисядислокації.

Відпал легованих структур

Параметри процесу відпалувизначаються дозою та видом імплантованих іонів.

1. Ізохорний отжиг структур,імплантованих бором.

Весь діапазон температур відпалурозбитий на три області.

Для першої області характерна наявністьточкових радіаційних дефектів. Підвищення температури відпалу від кімнатної до500 C призводить до ліквідації таких точкових дефектів, як дивакансії.

Друга область. При 500 C <Т <600 С кремній містить меншу концентрацію атомів бору в вузлах кристалічноїрешітки та більшу концентрацію межузельних атомів бору з невизначенимстановищем.

У третій області T> 600 C за рахунокзбільшення числа кремнієвих вакансій і їх замощення атомами бору концентраціяактивних атомів домішки збільшується. При дозах імплантованих іонів 1012см-2 повний відпал відбувається при Т = 800 С протягом декількох хвилин.

2. Ізохорний отжиг структур,імплантованих фосфором.

Отжиг шарів фосфору, імплантованихпри кімнатній температурі мішені, проводиться якісно відмінним способом.Доза имплантируемого фосфору від 3 * 1012 до 3 * 1014 см-2 вимагає проведення відпалупри температурах T> 800 C для усунення більш складних радіаційних дефектівв порівнянні з відпалом шарів, імплантованих бором.

Коли імплантований шар фосфорустає аморфним (при дозі вище 3 * 1014 см-2), починає діяти іншиймеханізм відпалу. Температура відпалу при цьому дещо менше, ніж длякристалічних шарів і становить 600 С. Більш складні процеси відбуваються привідпалі прихованих шарів з аморфною структурою, розташованих на певнійглибині під поверхнею підкладки. Епітаксійних перекристалізація починаєтьсяна обох поверхнях розділу аморфних та монокристалічних областей.

3. Ізотермічний відпал

Додаткова інформація про характеррозподілу імплантованих домішок може бути отримана при проведеннівідпалу при постійній температурі, але протягом різного часу. У мірузбільшення часу відпалу електрична активність легуючої домішкизростає відносно повільно; при цьому частка електрично активних атомівбору підвищується від початкового значення до величини, що становить більше 90%цього значення. Енергія активації відповідає генерації та міграції термічновведених вакансій. Термічно генеровані вакансії мігрують до межузельнимутворенням. При цьому відбувається впровадження атомів бору в вузликристалічноїрешітки.

4. Дифузія імплантованихдомішок.

Коефіцієнт дифузії бору може бутипідвищений за рахунок знищення кремнієвих вакансій і межузельних кластерів, прицьому вакансії можуть збільшити коефіцієнт дифузії по вузлах кристалічноїрешітки, а межузельние атоми кремнію можуть витісняти атоми бору з її вузлів,що призведе до швидкої дифузії комплексів межузельние атом кремнію - атомбору.

5. Швидкий відпал.

Імплантовані шари можуть бутипіддані лазерному відпалу з щільністю енергії в діапазоні 1-100 Дж/см2.Внаслідок короткого часу нагрівання імплантовані шари можуть бутитермооброблені без помітної дифузії домішки. Імплантовані аморфні шаритовщиною 100 нм перекрісталлізуются протягом декількох секунд при Т = 800 С помеханізму твердофазної епітаксії.

Процес швидкого відпалу ставитися докатегоріям чистих процесів, і забруднення від елементів конструкціїобладнання не створюють серйозної проблеми. Лазерна енергія може бутилокалізована на окремій частині кристала ІС, так що деякі р-n переходисхеми можуть розмиватися під час відпалу за рахунок дифузії більшою мірою,тоді як інші не зазнають змін.

Значна перевага методу те,що після розплавлення і кристалізації аморфних шарів за методом рідиннофазноїепітаксії в них відсутні лінійні дефекти.

З використанням технології лазерноговідпалу створюють біполярні і МОП-транзистори, кремнієві сонячні батареї.

6. Отжиг в атмосфері кисню.

Процеси відпалу, в результаті якихвсі імплантовані іони займають електрично активні положення у вузлахкристалічної решітки, зазвичай призводять до виникнення мікродефектів. Ці дефектиназивають вторинними дефектами. Будь-які зовнішні мікродефекти розвиваються у великідислокації і дефекти упаковки. Ці дефекти, звані третинними дефектами,мають досить великі розміри.

7. Зміцнення деталей.

Спочатку іонна імплантація застосовуваласяв мікроелектроніці для виготовлення великих інтегральних схем. З розвиткомвакуумної техніки і появою сільноточних іонних джерел стало можливимпроводити модифікацію поверхні великогабаритних виробів. В даний часрозроблені технології іонної імплантації дозволяють обробляти робочілопатки парових турбін максимальним габаритом до 1700 мм.

Досягнуто:

Г?Збільшеннямежі втоми на 7-25%;

Г?Підвищеннядовговічності більш ніж у 20 разів;

Г?Поліпшенняструктури поверхневого шару деталей;

Г?Підвищенняадгезійної міцності наступних покриттів;

Рис. 7. Втратамаси зразків зі сплаву ЦНК7П в процесі випробування на жаростійкість післярізних видів обробки. Триваламіцність зразків зі сплаву ЦНК7П (навантаження 350МПа, температура 850 ОС наповітрі.

При нанесенні захисних покриттів натурбінні лопатки з жароміцних сплавів тіо ЦНК досягнуто підвищення:

Г?жаростійкості в2,5 рази,

Г?корозійноїстійкості в 1,9 рази

Г?тривалоїміцності в 1,6 рази

Г?опорувтоми в 1,2 рази

Рис. 5. Тривала міцність зразківзі сплаву ЦНК7П (навантаження 350МПа, температура 850 ОС на повітрі).

6. Застосуванняіонного легування в технології НВІС

6.1 Створення дрібних переходів

Вимога формування n + шарів,залягають на невеликій глибині, для НВІС можна легко задовольнити за допомогоюпроцесу іонної імплантації Аs. Миш'як має дуже малу довжину проектувалосяпробігу (30 нм) при проведенні звичайної імплантації з енергією іонів 50 кеВ.

Однією з прогресивних тенденційрозвитку НВІС є створення КМОП-транзисторів. У зв'язку з цим великезначення має отримання дрібних p + - шарів. Такі шари дуже складносформувати шляхом імплантації іонів В +.

Рішення проблеми, пов'язаної зімплантацією бору на невелику глибину, на практиці полегшується використаннямв якості імплантіруемих частинок ВF2. Дисоціація молекули ВF2 + при першомуядерному зіткненні приводить до утворення низькоенергетичних атомів бору.Крім того, використання молекули ВF2 має перевагу при проведенніпроцесу відпалу структур.

іонний легуванняімплантація кремній

6.2 гетерування

Процес гетерування заснований натрьох фізичних ефектах:

Г?звільненнядомішок або розкладання протяжних дефектів на складові частини.

Г?

Г?поглинанні

1.Енергія

2.

Оптимальна температураЧас життя

3.

Висновок

Тому в даний час

Список літератури

1.докл. Міжнар. конф.2002, з. 77.

2.М...іжнар. конф.

3.1995. № 3. С.347.

4.

5.