Тема: Ионное легирование Урок Механизм ионного легирования. Схема установки ионного легирования.

Ионное легирование - это процесс введения в полупроводник необходимых примесей в виде ионов.

Обладая большой энергией, ионы примеси проникают через поверхность полупроводника в его кристаллическую решетку. При каждом столкновении ионов с атомами полупроводника происходит передача энергии атомам полупроводника и торможение движущегося иона до тех пор, пока ион не остановится окончательно.

Если передаваемая ионом энергия превышает энергию связи атомов в решетке, атомы смещаются и покидают узлы решетки, в результате чего образуются вакансии и атомы в междуузлиях. Т.е. внедрение ионов приводит к появлению радиационных дефектов кристаллической решетки.

Чтобы кристаллическая решетка полупроводника была минимально нарушена и чтобы ионы вводимой примеси попали в узлы кристаллической решетки, полупроводниковые пластины непосредственно после ионного легирования подвергают отжигу. Наиболее часто применяется термический отжиг кремния в инертной среде при температурах 600° - 800°С в течение 10-20 мин. При этих температурах нарушенная ионным легированием кристаллическая решетка восстанавливается, а ионы вводимой примеси попадают в узлы кристаллической решетки, становясь электрически активными и начиная выполнять роль доноров или акцепторов.

Методом ионного легирования формируют различные элементы ИМС. Атомы электрически активных примесей образуют в полупроводниковой пластине области р-или n- типа электропроводности.

Как и диффузия, ионное легирование бывает тотальным ( примесь внедряется во всю поверхность полупроводниковой пластины, не имеющей маскирующих пленок) и локальным (примесь внедряется в участки полупроводниковой пластины, не защищенные маскирующей пленкой). В качестве маски используют пленки SiO₂; Si₃N₄; фоторезиста.

Для получения ионов основных легирующих примесей используют Р, As, Sb, BF₃, ВВr₃, ВСl₃ и другие вещества.

Схема установки ионного легирования.

1 - ионный источник 5 - сканирующая система (или

2 - ускоряющая и фокусирующая системы дефокусирующие линзы)

3 - диафрагмы 6 - измеритель ионного тока

4 - масс-сепаратор 7 - п/п пластина

8 - подложкодержатель

Ионное легирование проводится в вакуумных установках серии "Везувий".

Ионный источник служит для получения ионов легирующей примеси.

Ускоряющая система служит для сообщения ионам необходимой энергии.

Фокусирующая система предназначена для получения ионного пучка необходимого диаметра.

Масс-сепаратор предназначен для разделения ионов по массам для отсева ионов других примесей.

Сканирующая система предназначена для перемещения пучка по поверхности подложки.