СПОСОБ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ Советский патент 1994 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к разделу технической физики и может быть использовано при имплантации ионов в различные материалы в технологии изготовления полупроводниковых приборов, например детекторов излучения, светодиодов, интегральных схем, а также для нанесения защитных покрытий на материалы и изделия.

Целью изобретения является повышение экспрессности способа.

На фиг.1 приведены профили концентрации ионов бора в кристаллах кремния по глубине для различных значений доз частиц; на фиг.2 - зависимость нормированного выхода рассеянных частиц от плотности энергии сильноточного пучка ионов водорода с параметрами: энергия ионов Е = 300 кэВ, плотность тока j = 2-300 А/см², длительностью импульса τ = 50 нс, в кристаллах кремния, легированных ионами бора с энергией Е = 30 кэВ, дозой Д = 2 ˙ 10¹⁵ см^-2.

Монокристаллы Si < III >, прошедшие шлифовку и химическое травление, с концентрацией бора N_S ≈2,7˙ 10¹² cм^-2 облучались сильноточным пучком В⁺, В⁺⁺ с энергией ионов 300 кэВ, плотностью тока в импульсе j = 20-250 A/см², что позволяло создавать плотность энергии (0,9-1,5) ˙ 10³ Дж/см³, и дозой (5 ˙ 10¹²-5 ˙ 10¹⁴) частиц/см, длительность импульса τ = 50-80 нс.

Для анализа свойств полупроводникового кристалла, подвергнутого воздействию сильноточного пучка ионов, использовали метод резерфордовского обратного рассеяния каналированных ионов (метод РОРКИ), которым измеряли энергетические спектры рассеянных от образцов частиц для случая ориентированного (ось пучка падающих частиц совмещена с кристаллографической осью <III> кристалла Si) и случайного падения пучка. Отношение энергетического спектра при ориентированном падении пучка к спектру при случайном направлении дает так называемый нормированный выход κ рассеянных частиц. Значение нормированного выхода зависит от степени дефектности кристалла, чем меньше κ , тем лучше структура кристалла; тем больше нарушений кристаллической решетки, тем больше κ. Параллельно проводилось измерение профилей концентрации ионов по глубине имплантированного кристалла на SIMS (т.е. получали концентрацию ионов бора по глубине кристалла Si).

Из полученных профилей видно, что облучение сильноточным пучком ионов с плотностью энергии 0,9 ˙ 10³ Дж/см ³ со- ответствует максимальному профилю концентрацию ионов бора в поверхностной области кристалла Si. При облучении кристаллов Si сильноточным пучком ионов с плотностью энергии 1,5 ˙ 10³ Дж/см³ наблюдается более равномерное распределение ионов по глубине образца.

Значения κ измерялись в области энергетического спектра за пиком нарушений, созданных ионами бора при имплантации. Из фиг.2 следует, что после внедрения ионов водорода с плотностью энергии в импульсе (0,9-1,5) ˙ 10³ Дж/см³ наблюдается уменьшение κ , что указывает на отжиг дефектов, созданных при внедрении ионов бора и при выращивании кристаллов Si. При плотности энергии больше 1,5 ˙ 10³ Дж/см³ наблюдается резкое увеличение κ , что указывает на образование дефектов при воздействии сильноточного пучка ионов.

Подобные результаты были получены на конкретных полупроводниковых диодах (на основе кристаллов Si), которые были получены имплантацией сильноточных ионов бора, при этом электрические характеристики (вольтамперные и вольтемкостные, время жизни носителя) данных диодов ни в чем не уступали тем, которые были просто имплантированы ионами бора в стационарном режиме.

СПОСОБ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, включающий облучение ионами легируемого материала, отличающийся тем, что, с целью повышения экспрессности способа, облучение проводят импульсным сильноточным пучком ионов с плотностью энергии (0,9 - 1,5)·10³ Дж/см³ и дозой (5·10¹² - 5·10¹⁴) частиц/см² за импульс.