= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =
Файл: >>>>>> Скачать ТУТ!
= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =
Общие принципы процесса ионной имплантации
Характеристики процесса имплантации
Общие сведения о процессе ионной имплантации
Ионной имплантацией принято называть легирование тонких приповерхностных слоев твердого тела путем облучения поверхности пучком ионов, ускоренных до энергии 10 4 6 эВ. Первые публикации по этой тематике датированы началом х годов и речь тогда шла о легировании полупроводников. На фоне колоссального расширения фронта работ до поры до времени можно было не замечать отдельных неудач в применении ионной имплантации к тем или иным системам и тут же переходить к другим задачам. Переход имплантационной технологии из лабораторий в промышленность ввел в действие мощный экономический фактор оценки - производительность и стоимость операции. Даже в полупроводниковой технологии, где размеры обрабатываемой поверхности незначительны, длительность и стоимость операции легирования эмиттерных слоев на стандартном имплантационном оборудовании оказалась непомерно высокой; для потребностей же машиностроения эта проблема усугубляется и масштабом производства, и дешевизной остальных операций технологической цепочки. В связи с этим возникает настоятельная необходимость провести сравнительный анализ основных технологий модификации поверхностных слоев, высветить физические ограничения ионной имплантации и альтернативных технологий применительно к конкретным задачам науки и техники, а также провести ориентировочную экономическую оценку этих технологий и перспективы их освоения в той или иной области промышленности. Этому и посвящена настоящая работа. И с самого начала сложилась такая ситуация, что исследователи ионной имплантации декларировали имея на это достаточно оснований следующий ряд достоинств легирования методом ионной имплантации или имплантационного легирования:. Возможность вводить имплантировать любую примесь, любой элемент Таблицы Менделеева. Возможность легировать любой материал. Возможность вводить примесь в любой концентрации независимо от ее растворимости в материале подложки. Возможность вводить примесь при любой температуре подложки, от гелиевых температур до температуры плавления включительно. Возможность работать с легирующими веществами технической чистоты и даже с их химическими соединениями тоже любой чистоты. Изотопная чистота легирующего ионного пучка то есть возможность легировать не только исключительно данным элементом, но и исключительно данным изотопом этого элемента. Легкость локального легирования с помощью хотя бы элементарного механического маскирования. Малая толщина легированного слоя менее микрона. Большие градиенты концентрации примеси по глубине слоя, недостижимые при традиционных методах с неизбежным диффузионным размыванием границы. Легкость контроля и полной автоматизации технологического процесса. Совместимость с планарной технологией микроэлектроники. К настоящему времени эйфория абсолютизации этих достоинств прошла, более или менее определенно сформировались области их наиболее выпуклого проявления, но также и области, где они перестают действовать ниже об этом будет сказано подробнее. В каждом конкретном случае применения ионной имплантации на первый план выступают те или иные особенности процесса, те или иные физические эффекты, сопутствующие имплантации. Поэтому полезно напомнить перечень основных физических эффектов, существенных при имплантационном легировании см. Исследование этих эффектов позволило добиться значительных успехов в использовании ионной имплантации для решения научных задач по целому ряду направлений, как фундаментальных, так и прикладных. Основные области науки, где ионная имплантация стала мощным инструментом исследований, перечислены в Таблице 2, а в Таблице 3 показано, какие из физических эффектов ионной имплантации являются ключевыми при использовании в каждой из этих областей науки. Перечень основных научных направлений, где используется ионная имплантация. Этот факт наводит на мысль, что можно для тех же целей использовать другие процессы и методики, или более простые, или более дешевые, или более производительные, или просто более доступные в конкретной ситуации. И наконец, следует отметить, что существуют методики, обладающие, кроме перечисленных в Таблице 1 свойств, еще и другими свойствами, полезными применительно к некоторым конкретным задачам. Роль различных физических эффектов ионной имплантации в работах по научным направлениям, перечисленным в Таблице 2. Индекс физэффекта имплантации Индекс научного направления 1. Примечания к Таблице 3: Индексы физических эффектов и научных направлений соответствуют обозначениям в Таблицах 1 и 2, соответственно. Таким образом, есть смысл просмотреть основные альтернативные процессы, в тех или иных вариантах применявшиеся как для физических исследований, так и для промышленных технологий. Ориентировочный перечень этих процессов или методик приведен в Таблице 4 автор не претендует ни на полноту списка, который и так слишком велик, ни на строгость классификации. Перечень основных технологических процессов методик , применимых для решения задач в областях исследования, перечисленных в Таблице 2. Комплект методик, входящих в эту группу, организован в виде матрицы альтернатив: Наименование параметра Альтернативы варианты реализации А Энергоноситель 1. Ионы инертных газов В Длительность воздействия, с 1. Газ испарение, кипение Примечания к Таблицам 4 и 4а: Каждая из методик Таблиц 4 и 4а, естественно, обладает своим комплектом физических эффектов, сопутствующих процессу. Поскольку задачей настоящей работы является сравнение альтернативных методик с ионной имплантацией 1. Результат этого анализа представлен в Таблице 5. Сравнительная роль различных физических эффектов для различных методик, перечисленных в Таблице 4. Индекс методики Индекс физического эффекта 1 2 2. Для методик группы 3А ВХС , применяемых к рабочему слою, проявление физэффектов приведено в Таблице 5а. Для методик группы 3АХВХС3, применяемых к постороннему источнику вещества нанесение пленки на рабочую поверхность , оценки соответствуют седьмой строке Таблицы 5 2. Казалось бы, теперь, используя совместно Таблицы 3 и 5, можно решить задачу подбора альтернативной методики или группы методик, применяемых совместно соответственно научной проблематике. Однако в действительности ситуация и сложнее, и богаче возможностями. Дело в том, что в Таблице 3 плюсами отмечены физэффекты, влияющие на результат исследования, а это влияние может быть очень неоднозначно, в одних случаях физэффект мешает достижению цели, в других - помогает, в некоторых случаях его наличие совершенно безразлично, а иногда физэффект вообще становится основным предметом исследования. Кроме того, из 12 физэффектов можно составить столько комбинаций, что совершенно очевидна почти нулевая вероятность полного совпадения соответствующих комбинаций хотя бы для одной пары строк в Таблицах 3 и 5. Таким образом, в каждом конкретном случае задача поиска альтернатив должна решаться самостоятельно с учетом множества факторов, не вошедших в Таблицы 3 и 5 хотя для ориентировки эти Таблицы безусловно полезны. В заключение этого раздела перечислим основные физические ограничения, лимитирующие возможности ионной имплантации эти возможности были названы в начале раздела , и те альтернативные процессы, в которых эти ограничения отсутствуют или выражены в меньшей степени альтернативы обозначены индексами в скобках:. Возможность вводить любую примесь иногда ограничена свойствами рабочего вещества ионного источника: Возможность легировать любой материал в действительности означает только возможность ввести, внедрить атомы легирующего вещества внутрь объема мишени. Другое ограничение - радиационная стойкость материала мишени. Условия облучения таковы, что декомпозиция сложных материалов имеет место при имплантации почти всегда из-за преимущественного испарения или распыления какой-либо компоненты химического соединения 2. Возможность вводить примесь в любой концентрации ограничена сверху коэффициентом распыления k p слоя. Кроме того, примесь, введенная сверх предела растворимости, при отжиге дефектов, как правило, выделяется в виде преципитатов другой фазы 3АХВ С Низкие температуры легирования именно они декларировались как важное преимущество метода характерны только для таких систем, где состояние кристаллической решетки несущественно. Преимущество технической чистоты легирующих веществ только изредка омрачается необходимостью осушки вещества либо устранения из него легкоионизующихся посторонних примесей 2. Изотопная чистота ионного пучка отнюдь не означает изотопной же чистоты легирования. Перераспыление деталей имплантационной установки быстрыми ионами и неконтролируемое вбивание этого распыленного вещества в легированный слой в некоторых случаях особенно в полупроводниковых применениях существенно портит свойства слоя, в результате требуются довольно сложные ухищрения, чтобы исключить возможность попадания на легируемую поверхность посторонних веществ в том числе, в частности, и адсорбции паров вакуумного масла. Локальность легирования при имплантации обеспечивается механическим маскированием либо накладными трафаретами-масками, либо фотолитографически. Геометрические пределы и точности накладывают те же ограничения, что и в альтернативных технологиях, однако, здесь дополнительная неприятность связана с вбиванием материала маски в легированный слой 1. Малая толщина легированного слоя хороша в микроэлектронике, но отнюдь не является достоинством в металлургических применениях 2 совместно с 3 или 4. Большие градиенты концентрации примеси по глубине. Расчетные градиенты по распределению пробегов ионов реально никогда не получаются из-за размытия профиля, обусловленного радиационным стимулированием диффузии примеси поэтому, кстати, ни одна попытка получить имплантационный туннельный диод не увенчалась даже намеком на успех 1. Легкость контроля и автоматизации процесса во многих установках используется, но до идеала - полностью автоматизированной технологической линии - еще далеко 2. В списке Таблицы 4 процесс 1. Поэтому при переходе от лабораторного к промышленному масштабу применения проблема поиска и выбора альтернативных технологий становится куда более важной. Тем более что к списку альтернативных методик, приведенному в Таблице 4, здесь добавится целый ряд чисто металлургических технологий, хорошо отработанных, производительных и гораздо более дешевых. Современное имплантационное оборудование даже промышленного назначения было ориентировано в основном на потребности микроэлектроники и обеспечивало фактически только режим малых доз. Переход к большим дозам имплантационной металлургии требует эффективнее использовать и рабочий ионный пучок, и время работы установки, и вспомогательные ресурсы воду, электроэнергию, рабочее вещество , и автоматизацию, причем все это - на фоне увеличения ионного тока на порядков. Такие задачи непосильны для существующего оборудования, поэтому во всем мире одновременно с модификацией импланторов так называют установки для имплантационного легирования идет поиск альтернативных процессов и технологического оборудования что находит свое отражение даже в названиях конференций и школ, когда одновременно аудитории предлагается обсуждение вакуумной, электронной и ионной технологий. Конкретные требования к технологии и оборудованию фактически определяются тремя факторами: Максимальная из этих величин приблизительно соответствует задачам имплантационной металлургии, минимальная - задачам микроэлектроники. Варьирование производительности единицы оборудования очень существенно, так как полностью меняет облик установок, их структуру и относительный приоритет функциональных возможностей, а вследствие этого и результирующую стоимость как оборудования, так и технологии. В Таблице 6 приведены результаты сравнения стоимостных характеристик различных технологий. Сравнение сугубо ориентировочное, так как многое зависит от конкретных задач и конкретных возможностей реализации технологии. Если учесть неполноту использования ионного тока из-за граничных эффектов, сложной формы обрабатываемой поверхности, и т. Другой пример - азотирование поверхности деталей. Здесь ионный ток в раз выше, чем на Pd; соответственно, во столько же раз лучше и экономические показатели процесса. Беглый анализ Таблицы 6 показывает, что для каждой из названных задач палладирование и азотирование субмикронного слоя можно выбрать не менее десятка альтернативных технологий, стоимость и производительность которых существенно лучше, чем для имплантации с масс-сепарацией. Например, если палладирование осуществлять двухстадийным процессом 2. Для азотирования вполне технологичны 1. Сравнение экономических показателей различных технологий. Индекс технологии Наименование технологии Стоимость оборудования, тыс. Аналогичная ситуация имеет место практически во всех областях применения ионной имплантации в режиме больших доз. Создание слоя нанесением вещества на поверхность подложки из постороннего источника. Окрашивание с последующим испарением или выжиганием связующего. Облучение многослойных структур подложка с пленкой, созданной по одной из методик группы 2 ионами инертных газов по методике 3А4В6С1.
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. Ионной имплантацией принято называть легирование тонких приповерхностных слоев твердого тела путем облучения поверхности пучком ионов, ускоренных до энергии эВ. Первые публикации по этой тематике датированы началом х годов и речь тогда шла о легировании полупроводников. На фоне колоссального расширения фронта работ до поры до времени можно было не замечать отдельных неудач в применении ионной имплантации к тем или иным системам и тут же переходить к другим задачам. Переход имплантационной технологии из лабораторий в промышленность ввел в действие мощный экономический фактор оценки - производительность и стоимость операции. Даже в полупроводниковой технологии, где размеры обрабатываемой поверхности незначительны, длительность и стоимость операции легирования эмиттерных слоев на стандартном имплантационном оборудовании оказалась непомерно высокой; для потребностей же машиностроения эта проблема усугубляется и масштабом производства, и дешевизной остальных операций технологической цепочки. В связи с этим возникает настоятельная необходимость провести сравнительный анализ основных технологий модификации поверхностных слоев, высветить физические ограничения ионной имплантации и альтернативных технологий применительно к конкретным задачам науки и техники, а также провести ориентировочную экономическую оценку этих технологий и перспективы их освоения в той или иной области промышленности. Этому и посвящена настоящая работа. Ионная имплантация - это процесс, в котором практически любой элемент может быть внедрен в приповерхностную область любого твердого тела - мишени, помещенной в вакуумную камеру, посредством пучка высокоскоростных ионов с энергией до нескольких мегаэлектронвольт. Имплантируемые ионы внедряются в материал мишени на глубину от 0,01 до 1 мкм, формируя в ней особое структурно-фазовое состояние. Толщина слоя зависит от энергии и от массы ионов и от массы атомов мишени. Так как технология имплантационного модифицирования позволяет внедрить в поверхность заданное количество практически любого химического элемента на заданную глубину, то таким образом можно сплавлять металлы, которые в расплавленном состоянии не смешиваются, или легировать одно вещество другим в пропорциях, которые невозможно достичь даже при использовании высоких температур. Следовательно, оказалось возможным создавать композиционные системы с уникальными структурами и свойствами, существенно отличными от свойств основной массы детали. Как объект атомно-физических исследований ионная имплантация впервые сформировалась в начале х годов. Это стало возможным благодаря достижениям в области изучения ядерных взаимодействий; основным оборудованием для ионного легирования является ускоритель. Энергия ионов может изменяться в зависимости от свойств материалов комбинации ион - мишень от нескольких килоэлектронвольт кэВ до нескольких мегаэлектронвольт МэВ. Успешное применение ионной имплантации определяется главным образом возможностью предсказания и управления электрическими и механическими свойствами формируемых элементов при заданных условиях имплантирования. Наиболее распространенным применением ИИ в технологии формирования СБИС является процесс ионного легирования кремния. Часто приходится проводить имплантацию атомов в подложку, которая покрыта одним или несколькими слоями различных материалов. Существование многослойной структуры способно вызвать резкие перепады в профиле легирования на границе отдельных слоев. За счет столкновения ионов с атомами приповерхностных слоев последние могут быть выбиты в более глубокие области легируемого материала. Такие "осколочные эффекты" способны вызвать ухудшение электрических характеристик готовых приборов. Общая траектория движения иона называется длиной пробега R, а расстояние, проходимое внедряемым ионом до остановки в направлении, перпендикулярном к поверхности мишени, проецированной длиной пробега Rp. 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. Профиль распределения примеси при ионной имплантации бора различных энергий в кремний приведен на рис. Для корректного теоретического расчета профиля, особенно для больших значений энергий пучков ионов, используют два объединенных распределения Гаусса. Rm - модальная длина пробега аналог проекционной длины пробега при Гауссовском распределении ,. 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. И с самого начала сложилась такая ситуация, что исследователи ионной имплантации декларировали имея на это достаточно оснований следующий ряд достоинств легирования методом ионной имплантации или имплантационного легирования:. Возможность вводить примесь в любой концентрации независимо от ее растворимости в материале подложки. Возможность вводить примесь при любой температуре подложки, от гелиевых температур до температуры плавления включительно. Возможность работать с легирующими веществами технической чистоты и даже с их химическими соединениями тоже любой чистоты. Изотопная чистота легирующего ионного пучка то есть возможность легировать не только исключительно данным элементом, но и исключительно данным изотопом этого элемента. Большие градиенты концентрации примеси по глубине слоя, недостижимые при традиционных методах с неизбежным диффузионным размыванием границы. К настоящему времени эйфория абсолютизации этих достоинств прошла, более или менее определенно сформировались области их наиболее выпуклого проявления, но также и области, где они перестают действовать ниже об этом будет сказано подробнее. В каждом конкретном случае применения ионной имплантации на первый план выступают те или иные особенности процесса, те или иные физические эффекты, сопутствующие имплантации. Поэтому полезно напомнить перечень основных физических эффектов, существенных при имплантационном легировании см. Исследование этих эффектов позволило добиться значительных успехов в использовании ионной имплантации для решения научных задач по целому ряду направлений, как фундаментальных, так и прикладных. Основные области науки, где ионная имплантация стала мощным инструментом исследований, перечислены в Таблице 2, а в Таблице 3 показано, какие из физических эффектов ионной имплантации являются ключевыми при использовании в каждой из этих областей науки. Этот факт наводит на мысль, что можно для тех же целей использовать другие процессы и методики, или более простые, или более дешевые, или более производительные, или просто более доступные в конкретной ситуации. И наконец, следует отметить, что существуют методики, обладающие, кроме перечисленных в Таблице 1 свойств, еще и другими свойствами, полезными применительно к некоторым конкретным задачам. Роль различных физических эффектов ионной имплантации в работах по научным направлениям, перечисленным в Таблице 2. Индексы физических эффектов и научных направлений соответствуют обозначениям в Таблицах 1 и 2, соответственно. Таким образом, есть смысл просмотреть основные альтернативные процессы, в тех или иных вариантах применявшиеся как для физических исследований, так и для промышленных технологий. Ориентировочный перечень этих процессов или методик приведен в Таблице 4 автор не претендует ни на полноту списка, который и так слишком велик, ни на строгость классификации. Перечень основных технологических процессов методик , применимых для решения задач в областях исследования, перечисленных в Таблице 2. Каждая из методик Таблиц 4 и 4 а, естественно, обладает своим комплектом физических эффектов, сопутствующих процессу. Поскольку задачей настоящей работы является сравнение альтернативных методик с ионной имплантацией 1. Результат этого анализа представлен в Таблице 5. Сравнительная роль различных физических эффектов для различных методик, перечисленных в Таблице 4. Для методик группы 3А ВХС , применяемых к рабочему слою, проявление физэффектов приведено в Таблице 5 а. Для методик группы 3АХВХС3, применяемых к постороннему источнику вещества нанесение пленки на рабочую поверхность , оценки соответствуют седьмой строке Таблицы 5 2. Казалось бы, теперь, используя совместно Таблицы 3 и 5, можно решить задачу подбора альтернативной методики или группы методик, применяемых совместно соответственно научной проблематике. Однако в действительности ситуация и сложнее, и богаче возможностями. Дело в том, что в Таблице 3 плюсами отмечены физэффекты, влияющие на результат исследования, а это влияние может быть очень неоднозначно, в одних случаях физэффект мешает достижению цели, в других - помогает, в некоторых случаях его наличие совершенно безразлично, а иногда физэффект вообще становится основным предметом исследования. Кроме того, из 12 физэффектов можно составить столько комбинаций, что совершенно очевидна почти нулевая вероятность полного совпадения соответствующих комбинаций хотя бы для одной пары строк в Таблицах 3 и 5. Таким образом, в каждом конкретном случае задача поиска альтернатив должна решаться самостоятельно с учетом множества факторов, не вошедших в Таблицы 3 и 5 хотя для ориентировки эти Таблицы безусловно полезны. В заключение этого раздела перечислим основные физические ограничения, лимитирующие возможности ионной имплантации эти возможности были названы в начале раздела , и те альтернативные процессы, в которых эти ограничения отсутствуют или выражены в меньшей степени альтернативы обозначены индексами в скобках:. Возможность вводить любую примесь иногда ограничена свойствами рабочего вещества ионного источника:. Возможность легировать любой материал в действительности означает только возможность ввести, внедрить атомы легирующего вещества внутрь объема мишени. Другое ограничение - радиационная стойкость материала мишени. Условия облучения таковы, что декомпозиция сложных материалов имеет место при имплантации почти всегда из-за преимущественного испарения или распыления какой-либо компоненты химического соединения 2. Возможность вводить примесь в любой концентрации ограничена сверху коэффициентом распыления kp слоя. Кроме того, примесь, введенная сверх предела растворимости, при отжиге дефектов, как правило, выделяется в виде преципитатов другой фазы 3АХВ С Низкие температуры легирования именно они декларировались как важное преимущество метода характерны только для таких систем, где состояние кристаллической решетки несущественно. Преимущество технической чистоты легирующих веществ только изредка омрачается необходимостью осушки вещества либо устранения из него легко ионизующихся посторонних примесей 2. Изотопная чистота ионного пучка отнюдь не означает изотопной же чистоты легирования. Перераспыление деталей имплантационной установки быстрыми ионами и неконтролируемое вбивание этого распыленного вещества в легированный слой в некоторых случаях особенно в полупроводниковых применениях существенно портит свойства слоя, в результате требуются довольно сложные ухищрения, чтобы исключить возможность попадания на легируемую поверхность посторонних веществ в том числе, в частности, и адсорбции паров вакуумного масла. Локальность легирования при имплантации обеспечивается механическим маскированием либо накладными трафаретами-масками, либо фото литографически. Геометрические пределы и точности накладывают те же ограничения, что и в альтернативных технологиях, однако, здесь дополнительная неприятность связана с вбиванием материала маски в легированный слой 1. Малая толщина легированного слоя хороша в микроэлектронике, но отнюдь не является достоинством в металлургических применениях 2 совместно с 3 или 4. Большие градиенты концентрации примеси по глубине. Расчетные градиенты по распределению пробегов ионов реально никогда не получаются из-за размытия профиля, обусловленного радиационным стимулированием диффузии примеси поэтому, кстати, ни одна попытка получить имплантационный туннельный диод не увенчалась даже намеком на успех 1. Легкость контроля и автоматизации процесса во многих установках используется, но до идеала - полностью автоматизированной технологической линии - еще далеко 2. В списке Таблицы 4 процесс 1. Поэтому при переходе от лабораторного к промышленному масштабу применения проблема поиска и выбора альтернативных технологий становится куда более важной. Тем более что к списку альтернативных методик, приведенному в Таблице 4, здесь добавится целый ряд чисто металлургических технологий, хорошо отработанных, производительных и гораздо более дешевых. Современное имплантационное оборудование даже промышленного назначения было ориентировано в основном на потребности микроэлектроники и обеспечивало фактически только режим малых доз. Переход к большим дозам имплантационной металлургии требует эффективнее использовать и рабочий ионный пучок, и время работы установки, и вспомогательные ресурсы воду, электроэнергию, рабочее вещество , и автоматизацию, причем все это - на фоне увеличения ионного тока на порядков. Такие задачи непосильны для существующего оборудования, поэтому во всем мире одновременно с модификацией импланторов так называют установки для имплантационного легирования идет поиск альтернативных процессов и технологического оборудования что находит свое отражение даже в названиях конференций и школ, когда одновременно аудитории предлагается обсуждение вакуумной, электронной и ионной технологий. Конкретные требования к технологии и оборудованию фактически определяются тремя факторами: Максимальная из этих величин приблизительно соответствует задачам имплантационной металлургии, минимальная - задачам микроэлектроники. Варьирование производительности единицы оборудования очень существенно, так как полностью меняет облик установок, их структуру и относительный приоритет функциональных возможностей, а вследствие этого и результирующую стоимость как оборудования, так и технологии. В Таблице 6 приведены результаты сравнения стоимостных характеристик различных технологий. Сравнение сугубо ориентировочное, так как многое зависит от конкретных задач и конкретных возможностей реализации технологии. Если учесть неполноту использования ионного тока из-за граничных эффектов, сложной формы обрабатываемой поверхности, и т. Другой пример - азотирование поверхности деталей. Здесь ионный ток в раз выше, чем на Pd; соответственно, во столько же раз лучше и экономические показатели процесса. Беглый анализ Таблицы 6 показывает, что для каждой из названных задач палладирование и азотирование субмикронного слоя можно выбрать не менее десятка альтернативных технологий, стоимость и производительность которых существенно лучше, чем для имплантации с масс-сепарацией. Например, если палладирование осуществлять двух стадийным процессом 2. Для азотирования вполне технологичны 1. Аналогичная ситуация имеет место практически во всех областях применения ионной имплантации в режиме больших доз. Сталкиваясь с электронами и ядрами мишени, ионы легирующего вещества на некоторой глубине теряют энергию и останавливаются. Если известны тип и энергия ионов и свойства обрабатываемого материала, то глубина проникновения или длина пробега может быть вычислена. Для пучков с типичными энергиями от 10 до кэВ величина пробега достигает одного мкм. Как уже указывалось, вследствие влияния большого числа факторов, эпюра распределения внедренного вещества в поверхность близка по форме гауссовскому распределению рис. Внедрение ионов в кристаллическую решетку обрабатываемого материала приводит к появлению дефектов структуры рис. Выбитые из узлов решетки атомы вещества приводят к образованию вакансий и дефектов структуры в виде внедренных межузельных атомов. Эти же дефекты возникают при застревании между узлами решетки ионов. Скопление таких дефектов образует дислокации и целые дислокационные скопления рис. Распределение ионов легирующего вещества 1 и дефектов кристаллической решетки 2 по глубине модифицированного поверхностного слоя. Общая разупорядоченность кристаллического строения вплоть до перехода вещества в аморфное состояние решетки при ионной бомбардировке называется радиационным повреждением. Исследования показывают, что радиационные повреждения могут изменить в положительную сторону механические, электрические и другие свойства металла поверхностного слоя, но могут и снижать эксплуатационные свойства деталей. В последнем случае делается отжиг; температурная активация ускоряет перестройку атомов, что приводит к более высокой термодинамической стабильности упорядоченной кристаллической решетки. Для изменения эпюры распределения имплантированных атомов по глубине поверхностного слоя применяют варьирование энергии ионного пучка и числа ионов, попадающих в мишень, как это показано на рисунке 6. Модель изменения кристаллического строения вещества и химического состава подложки при бомбардировке ее ускоренными ионами. Пунктирными линиями показаны эпюры распределения ионов азота, имплантированного в железо пучками различных энергий; при этом каждая последующая обработка выполняется пучком большей энергии. Результирующая концентрация ионов имплантированного вещества получается достаточно однородной при некоторой толщине слоя. Эпюры распределения концентрации ионов азота, имплантированного в железо пучками различных энергий. Эффект каналирования наблюдается при попадании иона в свободное пространство между рядами атомов. Как только ион попадает в это пространство, на него начинают действовать потенциальные силы атомных рядов, направляющие его в центр канала. В результате этого ион продвигается на значительные расстояния. Такой ион постепенно теряет энергию за счет слабых скользящих столкновений со стенками канала и, в конце концов, покидает эту область. Расстояние, проходимое ионом в канале, может в несколько раз превышать длину пробега иона в аморфной мишени. Эффект каналирования характеризуется наличием "хвостов" концентрации атомов, выявляемых с помощью метода масспектрометрии вторичных ионов и "хвостов" концентрации свободных носителей зарядов, обнаруживаемых при проведении электрических измерений. Попытки устранения эффекта каналирования путем ориентации кремниевой монокристаллической подложки в наиболее плотно упакованных направлениях сводят его к минимуму, но не исключают полностью. Были сделаны попытки практического использования эффекта каналирования при имплантации примеси на большую глубину. Однако в этом случае значительно затруднены управление профилем распределения имплантируемой примеси и получение воспроизводимых результатов из-за очень высоких требований к точности разориентации ионного пучка относительно основных кристаллографических направлений в подложке. При внедрении ионов в кремниевую кристаллическую подложку они подвергаются электронным и ядерным столкновениям, однако, только ядерные взаимодействия приводят к смещению атомов кремния. Легкие и тяжелые ионы производят качественно различное "дерево радиационных дефектов". Легкие ионы при внедрении в мишень первоначально испытывают в основном электронное торможение. На профиле распределения смещенных атомов по глубине подложки существует скрытый максимум концентрации. При внедрении тяжелых ионов они сразу начинают сильно тормозиться атомами кремния. Тяжелые ионы смещают большое количество атомов мишени из узлов кристаллической решетки вблизи поверхности подложки. На окончательном профиле распределение плотности радиационных дефектов, который повторяет распределение длин пробега выбитых атомов кремния, существует широкий скрытый пик. Сложная структура различных типов дефектов вдоль траектории движения иона вызвана распределением смещенных атомов кремния. Вводимые в процессе ионной имплантации дефекты состоят из вакансий и дивакансий. При нагреве мишени пучком ионов в процессе имплантации до температуры выше С будут образовываться дислокации. Для первой области характерно наличие точечных радиационных дефектов. Повышение температуры отжига от комнатной до C приводит к ликвидации таких точечных дефектов, как дивакансии. Отжиг слоев фосфора, имплантированных при комнатной температуре мишени, производится качественно отличным способом. Температура отжига при этом несколько меньше, чем для кристаллических слоев и составляет С. Более сложные процессы происходят при отжиге скрытых слоев с аморфной структурой, расположенных на определенной глубине под поверхностью подложки. Эпитаксиальная перекристаллизация начинается на обеих поверхностях раздела аморфных и монокристаллических областей. Дополнительная информация о характере распределения имплантированных примесей может быть получена при проведении отжига при постоянной температуре, но в течение различного времени. Энергия активации соответствует генерации и миграции термически введенных вакансий. Термически генерированные вакансии мигрируют к межузельным образованиям. При этом происходит внедрение атомов бора в узлы кристаллической решетки. Коэффициент диффузии бора может быть повышен за счет уничтожения кремниевых вакансий и межузельных кластеров, при этом вакансии могут увеличить коэффициент диффузии по узлам кристаллической решетки, а межузельные атомы кремния могут вытеснять атомы бора из ее узлов, что приведет к быстрой диффузии комплексов межузельный атом кремния - атом бора. Вследствие короткого времени нагрева имплантированные слои могут быть термообработаны без заметной диффузии примеси. Процесс быстрого отжига относиться к категориям чистых процессов, и загрязнения от элементов конструкции оборудования не создают серьезной проблемы. Лазерная энергия может быть локализована на отдельной части кристалла ИС, так что некоторые р-n переходы схемы могут размываться во время отжига за счет диффузии в большей степени, тогда как другие не претерпевают изменений. Значительное преимущество метода то, что после расплавления и кристаллизации аморфных слоев по методу жидкофазной эпитаксии в них отсутствуют линейные дефекты. С использованием технологии лазерного отжига создают биполярные и МОП-транзисторы, кремниевые солнечные батареи. Процессы отжига, в результате которых все имплантированные ионы занимают электрически активные положения в узлах кристаллической решетки, обычно приводят к возникновению микродефектов. Эти дефекты называют вторичными дефектами. Любые внешние микродефекты развиваются в большие дислокации и дефекты упаковки. Эти дефекты, называемые третичными дефектами, имеют достаточно большие размеры. Изначально ионная имплантация применялась в микроэлектронике для изготовления больших интегральных схем. С развитием вакуумной техники и появлением сильноточных ионных источников стало возможным проводить модификацию поверхности крупногабаритных изделий. В настоящее время разработанные технологии ионной имплантации позволяют обрабатывать рабочие лопатки паровых турбин максимальным габаритом до мм. Потеря массы образцов из сплава ЦНК7П в процессе испытания на жаростойкость после различных видов обработки. Длительная прочность образцов из сплава ЦНК7П нагрузка МПа, температура ОС на воздухе. При нанесении защитных покрытий на турбинные лопатки из жаропрочных сплавов тио ЦНК достигнуто повышение:. Мышьяк имеет очень малую длину проецированного пробега 30 нм при проведении обычной имплантации с энергией ионов 50 кэВ. Одной из прогрессивных тенденций развитии СБИС является создание КМОП-транзисторов. Решение проблемы, связанной с имплантацией бора на небольшую глубину, на практике облегчается использованием в качестве имплантируемых частиц ВF2. Кроме того, использование молекулы ВF2 имеет преимущество при проведении процесса отжига структур. Диффузия фосфора является эффективным методом геттерирования. Профиль распределения таких примесей, как медь, которая в основном находится в междоузлиях в решетке нелегированного кремния и диффундирует по межузельному механизму, принимает форму диффузионного профиля распределения фосфора. Энергия связи и коэффициент диффузии ионных пар определяются обоими ионами. Геттерируюшее действие дефектов было исследовано с использованием пескоструйной обработки, механического абразивного воздействия ультразвуком или шлифованием. Особенности дефектов зависят от концентрации и вида имплантированных частиц. Оптимальная температура геттерирования определяется для каждого конкретного случая. Время жизни неосновных носителей в слое, имплантированном аргоном, существенно увеличивается после отжига при температуре С. Геттером может служить преципитаты SiOx и комплексы дислокаций, присутствующие в объеме кремниевой подложки после предварительной имплантации в нее кислорода. Воздействие этих преципитатов на дислокации приводит к тому, что последние действуют в качестве стока для примесей тяжелых металлов, тогда как поверхностные области становятся свободными от дефектов. 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. Одним из наиболее привлекательных направлений использования метода ионного легирования углеродных наноструктур является наноэлектроника. Малые размеры, возможность при синтезе получать необходимую электропроводность, механическая прочность и химическая стабильность делают углеродные наноструктуры весьма желанным материалом для производства рабочих элементов функциональных схем. Поэтому в настоящее время усилия ученых направлены на разработку технологии получения фуллеренов и нанотрубок, заполненных проводящим или сверхпроводящим материалом. Итогом решения этой проблемы стало бы создание токопроводящих соединений, которые позволят перейти к производству наноэлектронных приборов, размеры которых будут на один или два порядка меньше ныне существующих. Таким решением может стать метод имплантации частиц при помощи ионных пучков, который хорошо зарекомендовал себя в микроэлектронике. Стохастическая теория каналирования быстрых частиц в монокристаллах. Все материалы в разделе "Физика". Исследование направлений использования метода ионного легирования углеродных наноструктур. Характеристика ионной имплантации и её применения в технологии СБИС. Расчет профиля распределения примеси при ионной имплантации бора различных энергий в кремний. Министерство образования Республики Беларусь Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Факультет компьютерного проектирования Кафедра электронной техники и технологии Реферат на тему: Минск, Содержание Введение 1. Сущность и назначение ионной имплантации 2. Основные характеристики ионной имплантации 4. Ионная имплантация и промышленность 5. Дефекты при ионном легировании и способы их устранения 6. Применение ионного легирования в технологии СБИС 6. Индекс эффекта Наименование физического эффекта 1 Химическое легирование 2 Нарушение кристаллической структуры материала мишени 2. Индекс направления Наименование области науки 1 Физика взаимодействия быстрых атомных частиц с твердым телом 1. Индекс физэффекта имплантации Индекс научного направления 1. Новые методы преодоления бесплодия.
Чемпион омск каталог официальный
Lamb leather перевод на русский
Дорзоламид сколько капельво флаконе
Расписание автобуса екатеринбург белгород
Золотые подвески в виде сердца