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.

Оборудование

Схема установки для ионной имплантации приведена на рис. 1.

1 - источник ионов
2 - масс-спектрометр
3 - диафрагма
4 - источник высокого напряжения
5 - ускоряющая трубка
6 - линзы
7 - источник питания линз
8 - система отклонения луча по вертикали и система отключения луча
9 - система отклонения луча по горизонтали
10 - мишень для поглощения нейтральных частиц
11 - подложка
12 - электрометр

Магнитный масс-спектрометр предназначен для отделения ненужных ионов от легирующих, электрометр - для измерения величины имплантированного потока ионов. Маски для ИИ могут быть изготовлены из любых материалов, используемых в технологии СБИС (фоторезист, нитриды, окислы, поликремний).

Управление дозой при ИИ затруднено рядом факторов. Это наличие потока нейтральных частиц, обмен энергии ионов с молекулами газов, вторичная электронная эмиссия из мишени, эффект обратного ионного распыления.

Для ликвидации последствий действия этих факторов используют следующие технические приемы. Нейтральные молекулы отсеивают с помощью масс-спектрометра (его магнитным полем не отклоняет нейтральные частицы и они не попадают в апертурную диафрагму). Кроме того, в камере поддерживается достаточно высокий вакуум, предотвращающий процесс нейтрализации ионов. Вторичную электронную эмиссию подавляют, располагая около мишени ловушку Фарадея.

От загрязнений поверхности кремния вследствие полимеризации углеводородов ИИ проводят через окисную пленку, которую затем удаляют.

Профиль распределения примеси при ионной имплантации бора различных энергий в кремний приведен на рис. 2. Для корректного теоретического расчета профиля, особенно для больших значений энергий пучков ионов, используют два объединенных распределения Гаусса:

, где:

D - поглощенная доза,
R_m - модальная длина пробега (аналог проекционной длины пробега при Гауссовом распределении),
DR₁, DR₂ - флуктуации первого и второго распределения,
DR_i=DR₁ при x>R_m, DR_i=DR₂ при x<=R_m.

Теоретические профили, рассчитанные по приближению Пирсона с 4 параметрами и распределению Гаусса, и измеренные профили при ионной имплантации бора в кремний без проведения отжига приведены на рис. 3.

Фаза ионно-имплантированных ионов

Введем понятие фазы.

M - масса пучка;
m - кратность ионизации атома;
mq - заряд пучка;
E - энергия пучка во время движения через вакуум.

Интегрированный заряд определяет дозу имплантированных ионов:

f=Q/mqA, где , I- ток пучка ионов

Управление дозой ИИ затруднительно:

- присутствием нейтральных частиц в ионном пучке;
- обменом зарядов между ионами;
- вторичной электрической эмиссией из мишени;
- эффектами обратного ионного распыления.

Вторичные электроны выбиваются из мишени полями и поглощаются стенками камеры. Поэтому мишень помещают в ловушку Фарадея с приложенным напряжением порядка сотен Вольт, в результате чего большинство вторичных электронов вернется в мишень и схему интегратора заряда.

Происходит распыление материала диафрагмы и попадание его в мишень. Поэтому диафрагмы делают из материалов с низким коэффициентом распыления.

При высокой дозе может наблюдаться распыления атомов примеси из мишени. Насыщение достигается в меньшей степени из-за эффектов каналирования и тепловой диффузии ионов. Таким образом ранее имплантированные атомы перемещаться на большую глубину от поверхности.