Каналирование ионов

В монокристаллических мишенях возможно более глубокое проникновение ионов, чем в аморфных мишенях, за счёт явления каналирования. Наиболее благоприятными для каналирования в монокристаллическом кремнии (решетка типа алмаза), а также в соединениях A³B⁵ (решетка цинковой обманки) являются направления [110], [111] и [100] (в порядке убывания). При наличии каналирования на концентрационных профилях появляются хвосты, перегибы и даже второй максимум (рис. 3.4). Количество проканалированных ионов зависит от ряда факторов – угла падения пучка ионов, температуры мишени, наличия в каналах монокристаллической мишени атомов примесей и дефектов, в том числе радиационных, – и поэтому плохо воспроизводимо. В технологии ИМС это явление приводит к увеличению глубин залегания p–n-переходов сверх ожидаемых и по этой причине считается нежелательным. Для борьбы с эффектом каналирования принимаются следующие меры.

1. Разориентация поверхности пластин-мишеней относительно на-правления ионного пучка на угол j, превышающий критический угол каналирования, j > j_кр. При обычных условиях имплантации j_кр = 3…4°, поэтому обычно берут j @ 7°.

2. Предварительная аморфизация поверхностного слоя монокристал-лической мишени-подложки путём имплантации ионов изовалентных примесей (Si⁺, Ge⁺ для кремниевых подложек).

3. Ионная имплантация сложных ионов, например, ионов BF₂⁺ вместо ионов B⁺. Этим способом может быть достигнута аморфизация имплантиро-ванного слоя, а также уменьшение глубины проникновения ионов легирующей примеси вследствие уменьшения эффективной энергии ионов. В приведенном примере эффективная энергия ионов бора составляет

,

где M – атомная или молекулярная масса соответствующего иона.

3.4. Ионная имплантация через маску

Рассмотрим случай, когда на поверхности подложки находится маска 1 толщиной h, защищающая подложку 2 от проникновения (рис. 3.5). Оценим количество имплантированной примеси Q₁, застрявшее в маске,

.

После замены переменной и соответствующих пределов, при x = 0 и при x = h, получаем следующее выражение:

,

где erf – функция ошибок, . График функции ошибок показан на рис. 3.6. Учитывая, что количество примеси, попавшее в подложку, Q₂ = Q – Q₁, имеем

.

где erfc – дополнительная функция ошибок, erfc(x) = 1 – erf(x). График дополнительной функции ошибок показан на рис. 3.6.

Обычно R_p > DR_pв2–3раза, поэтому вторым членом в последнем выражении можно пренебречь:

.

Коэффициент пропускания маски в этом случае имеет вид:

.