Преимущества и недостатки ионного легирования

Достоинства ионной имплантации:

· быстрый процесс;

· можно проводить при Т_к;

· применять для легирования примесями с низкими коэффициентами диффузии или низкими растворимостями в твердой фазе, а также для легирования полупроводников с низкой температурой плавления (InAs) или полупроводников, диффузионное легирование которых требует очень высоких температур (SiC);

· точная дозировка примеси (теоретически – 1%, практически – 5%);

· высокая чистота;

· расширенная возможность локального легирования (широкий круг маскирующих материалов, меньше боковое легирование);

· можно легировать вообще через маску;

· возможность получения управляемого профиля распределения – вплоть до формирования захороненного слоя.

· возможность создания мелких переходов является основным достоинством процесса ИИ. Технически осуществимым является сосредоточение легирующих примесей в слое толщиной 20 нм, это значит, что р—n -переход будет заметен на глубине около 40 атомных слоев. Создание мелких переходов требует исключения эффекта каналировапия, полное устранение которого достигается предварительной аморфизацией кремния.

· имплантация, так же как диффузия, может быть общей и локальной. Важным достоинством ИИ является то, что ионы, двигаясь по прямой линии, внедряются только в глубь пластины, а боковая диффузии (под маску) практически отсутствует. При локальном ИЛ возможен независимый выбор примеси профилей в вертикальном и горизонтальном направлениях. Для широкофокусного пучка профиль распределения внедренных ионов в горизонтальном направлении формируется с помощью маски, при этом размеры легированной области более точно, чем при диффузии, воспроизводят размеры окна (рис. 8.25).

· ИИ, как и диффузию, можно проводить многократно, «встраивая» один слой в другой. Однако сочетание энергий, времен экспозиции и режимов отжига, необходимое для многократной ИИ, оказывается затруднительным, поэтому ИИ получила главное распространение при создании одинарных слоев.

Рис. 8.25. Фронт р-п перехода при ионном (а) и диффузионном (б) локальном легировании

· в отличие от диффузии при ИЛ свойства получаемых слоев в основном определяются внешними электрическими параметрами процесса. ИЛ легко управлять путем изменения ускоряющего напряжения, плотности ионного пучка, угла наклона пучка, времени облучения пластин, а в случае обработки сфокусированным пучком и скорости его сканирования.

Недостатки и ограничения ионного легирования:- необходимость отжига; сложность воспроизводимого легирования слоев толщиной более 1 мкм; сложность однородного легирования пластин большого диаметра из-за расфокусировки луча при больших отклонениях, сложность оборудования.

Отметим также, что применение ионного легирования не ограничено только легированием.

Применение ионного легирования:

· введение примеси (точная дозировка);

· модификация свойств материала;

· создание захороненного слоя оксида кремния;

· геттерирование примеси.