Ионная имплантация (стр. 2 из 5)

1. Возможность вводить (имплантировать) любую примесь, любой элемент Таблицы Менделеева.

2. Возможность легировать любой материал.

3. Возможность вводить примесь в любой концентрации независимо от ее растворимости в материале подложки.

4. Возможность вводить примесь при любой температуре подложки, от гелиевых температур до температуры плавления включительно.

5. Возможность работать с легирующими веществами технической чистоты и даже с их химическими соединениями (тоже любой чистоты).

6. Изотопная чистота легирующего ионного пучка (т.е. возможность легировать не только исключительно данным элементом, но и исключительно данным изотопом этого элемента).

7. Легкость локального легирования (с помощью хотя бы элементарного механического маскирования).

8. Малая толщина легированного слоя (менее микрона).

9. Большие градиенты концентрации примеси по глубине слоя, недостижимые при традиционных методах с неизбежным диффузионным размыванием границы.

10. Легкость контроля и полной автоматизации технологического процесса.

11. 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. табл. 1).

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.

Таблица 1. Основные физические эффекты, сопровождающие ионную имплантацию.

Индекс эффекта		Наименование физического эффекта
1	Химическое легирование
2	Нарушение кристаллической структуры материала мишени
2.1	Нарушение стехиометрии материала мишени
3	Радиационное стимулирование процессов
3.1	Стимулирование дефектообразующей радиацией
3.2	Стимулирование неразрушающей радиацией
3.3	Постимплантационное стимулирование
4	Геттерирование дефектов и подвижных примесей
5	Механические напряжения
6	Образование макроскопических дефектных структур
7	Фазовые переходы
8	Диффузионные эффекты
8.1	Диффузионное перераспределение примеси
8.2	Диффузия дефектов

Таблица 2. Перечень основных научных направлений, где используется ионная имплантация

Индекс направления		Наименование области науки
1	Физика взаимодействия быстрых атомных частиц с твердым телом
1.1	Физика движения быстрых частиц в твердом теле
1.2	Физика дефектообразования в твердом теле
2	Физика твердого тела
2.1	Физика фазовых переходов
2.2	Исследование радиационно-стимулированных процессов
3	Физика, химия и механика поверхности
3.1	Катализ
3.2	Внешняя электронная эмиссия
3.3	Коррозионная стойкость, пассивация
3.4	Физика усталости материалов
3.5	Износостойкость
3.6	Антифрикционные свойства поверхности
4	Физика полупроводников
4.1	Физика p-n-перехода
4.2	Физика сильнолегированных слоев полупроводника
4.3	Физика полупроводниковых приборных структур

Анализируя содержимое Таблицы 3, нетрудно усмотреть, что в большинстве задач при использовании ионной имплантации практически “работает” лишь малая часть того набора физических эффектов, которые определяют результат имплантационного легирования. 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.

Таблица 3. Роль различных физических эффектов ионной имплантации в работах по научным направлениям, перечисленным в Таблице 2.

Индекс физэффекта имплантации	Индекс научного направления
	1.1	1.2	2.1	2.2	3.1	3.2	3.3	3.4	3.5	3.6	4.1	4.2	4.3
1	-	-	+	-	+	+	+	+	+	+	+	+
2	+	+	+	-	+	+	+	+	+
3.1	-	+	+	+	+	+	-	-	-	-
3.2	-	+	+	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-
3.3	-	+	+	+	-	-	-	-	-	-	-	-	-
4	-	+	+	+	+	-	+	-	-	+	-	+
5	-	+	+	-	-	-	-	+	+	+	-	-	-
6	+	+	-	-	-	-	-	+	+	-	-	-	+
7	-	+	+	+	+	+	+	-	+	+	+	-	-
8.1	-	-	+	-	+	+	+	-	+	+	+	+	+
8.2	-	+	+	+	-	-	-	+	-	-	+	+	+

Примечания к Таблице 3:

1. Индексы физических эффектов и научных направлений соответствуют обозначениям в Таблицах 1 и 2, соответственно.

2. Знаком “+” отмечены эффекты, играющие значительную роль при работе по данному научному направлению, знаком “-” - не играющие никакой роли; отсутствие знака означает отсутствие надежной информации по данному вопросу.

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).

Таблица 4. Перечень основных технологических процессов (методик), применимых для решения задач в областях исследования, перечисленных в Таблице 2.

Таблица 4 а. Перечень технологических процессов группы 3 - “Энергетическое воздействие на подложку с нанесенным или легированным слоем или без этого слоя”.

Примечания к Таблицам 4 и 4 а:

1. Методики группы 3 индексируются в порядке строк матрицы (например, 3А2В4С1 означает «энергетическое воздействие лазерным лучом длительностью»

с, причем слой в течение всего процесса остается в твердой фазе”).

2*. Знак “Х” условно означает весь набор альтернативных методик по данной строке.

3**. Диффузионное легирование “приписано” к группе 2 условно, т.к. в отличие от всех остальных методик этой группы здесь не наносится внешний слой, а происходит легирование поверхностного слоя подложки.

4. Методики 4 относятся к “гибридным” методикам, сочетающим и нанесение пленки (группа 2), и независимую энергетическую ее обработку (группа 3).

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 1.2.1, в качестве базового выберем комплект физэффектов, перечисленных в Таблице 1, и посмотрим, какие из них и в какой мере реализуются в альтернативных методиках. Результат этого анализа представлен в Таблице 5.

Таблица 5. Сравнительная роль различных физических эффектов для различных методик, перечисленных в Таблице 4.

Обозначения в Табл. 5:

0 - эффект отсутствует или пренебрежимо мал,

1 - эффект заметно слабее, чем при ионной имплантации,

2 - эффект по величине такой же, как и при имплантации,

3 - эффект выражен сильнее, чем при ионной имплантации,

4 - эффект выражен за пределами параметров процесса, характерных для ионной имплантации, пустая клетка - надежная информация отсутствует.

Для методик группы 3А(1-3)ВХС(1-2), применяемых к рабочему слою, проявление физэффектов приведено в Таблице 5 а.

Таблица 5 а.

Для остальных методик этой группы оценка - 0.

Для методик группы 3АХВХС3, применяемых к постороннему источнику вещества (нанесение пленки на рабочую поверхность), оценки соответствуют седьмой строке Таблицы 5 (2.1.1-2.1.5).