Основные технологические процессы микроэлектроники, страница 4

	Рис. 40. Профиль распределения ионов бора, имплантированных в Si при энергии 50 кэВ. Дозы имплантированных ионов указаны на графике.

 

3.3.2. Другие распределения

Рассмотрим распределение Пирсона. Многие экспериментальные исследования показывают, что простое гауссовское распределение неадекватно для большинства примесных ионов в кремнии и других полупроводниках. Считалось, что это несоответствие может быть обусловлено эффектом каналирования вследствие кристаллической структуры обычных полупроводников. Однако было обнаружено, что профили многих ионов асимметричны также и в аморфных мишенях и, следовательно, для построения распределений пробегов необходимо использовать моменты более высоких порядков.

	Рис. 41. Сравнение распределений Гаусса (1) и Пирсона (2) для бора с энергией 100 кэВ в кремнии.

 

3.3.3. Боковое уширение распределения ионов

Боковым отклонением имплантируемых ионов обычно пренебрегают, поскольку оно значительно меньше их пробегов. Однако для СБИС с микронными размерами элементов боковое отклонение становится все более и более важным. Как и разброс пробегов, оно является результатом рассеяния ионов, и поэтому оба эти эффекта одинаковы по порядку величины.

Одномерный профиль примеси может быть преобразован в двумерный профиль для структуры с идеальной маской окисла, изображенной на рис. 42.

Рис. 42. Распространение ионно-легированного слоя под окисную маску

Эта формула очень проста и нуждается лишь в определении параметра , характеризующего степень боковой диффузии. В большинстве случаев = 0.5 – 0.9. Для получения распределения концентрации под слоем окисла в точке  = 0  производится эллиптическое вращение одномерного профиля. Таким упрощенным приемом учитывают эффекты боковой диффузии около края маски.

3.4. Эпитаксия

Эпитаксией называют ориентированный рост слоев, кристаллическая решетка которых повторяет структуру подложки. В микроэлектронике на явлении эпитаксии основаны технологические процессы эпитаксиального наращивания различных полупроводниковых структур.

Эпитаксия - процесс наращивания монокристаллических слоев на монокристаллических подложках. Происходит ориентированный рост слоев, кристаллическая решетка которых повторяет структуру подложки. Монокристаллическая подложка в процессе роста эпитаксиального слоя выполняет ориентирующую роль затравки, на которой происходит кристаллизация.

Механизм ориентированного роста монокристаллических слоев зависит от технологического метода. Используют три основных технологических метода: газофазные реакции, вакуумное осаждение (или молекулярно-лучевая эпитаксия) и кристаллизацию из жидкой фазы.

Газофазная эпитаксия кремния на кремнии при температурах несколько ниже  1000С представляет собой важную  составную  часть  технологических маршрутов многих типов СБИС. Эпитаксия появилась впервые в технологии биполярных  интегральных  транзисторов  еще  в начале 70-х годов   и   получила  дальнейшее развитие в современных технологиях  КМОП СБИС  в виде локальной эпитаксии n-слоев для p-канальных  транзисторов и в технологии динамических запоминающих устройств.

В газовой среде происходит осаждение кремния при восстановлении тетрахлорида кремния   или применяется термическое разложение моносилана  . Скорость выращивания определяется  температурой  и парциальными давлениями компонентов и достигает  долей микрона в минуту при    = 900С.  Сравнительно низкая температура и небольшое время эпитаксиального наращивания почти исключает перераспределение примесей из-за диффузии и позволяет получать очень резкие p-n-переходы с однородно легированными прилегающими участками с разными типами проводимости и резко изменяющимися концентрациями.

Эпитаксиальное выращивание представляет собой один из видов синтеза монокристаллов и поэтому имеет много общего с ростом кристаллов из раствора или расплава. Доминирующим фактором, влияющим на эпитаксиальный рост, является поверхностная подвижность осаждения атомов. Рост кристалла из газовой фазы происходит быстрее, чем из разбавленного раствора, но медленнее, чем из чистого расплава. Скорость роста, то  есть линейный прирост толщины пленки, составляет доли микрона в минуту. Выращивание монокристалла состоит из трех основных этапов:

1.  переноса паров к поверхности подложки (затравки);

2.  кристаллизации и роста новых слоев на поверхности подложки;

3.  рассеяния освобождающейся скрытой теплоты кристаллизации и теплоты реакции.