Реферати українською » Физика » Іонна імплантація


Реферат Іонна імплантація

Страница 1 из 3 | Следующая страница

року міністерство освіти Республіки Білорусь у

Білоруський державний університет інформатики, і радіоелектроніки

Факультет комп'ютерного проектування

Кафедра електронної техніки і технології


>Реферат на задану тему: «>Ионная імплантація»


>Виполнил: Студент грн. 911101 Кравчук А. З.

Перевірила: Гуревич Про. У.

 

Мінськ, 2009


Зміст

 

Запровадження

1. Сутність та призначення іонної імплантації

2. Схема установки

3. До основних рис іонної імплантації

4.Ионная імплантація і промисловість

5. Дефекти при іонномулегировании і їх усунення

6. Застосування іонного легування в технологіїСБИС

6.1 Створення дрібних переходів

6.2Геттерирование

6.3 Ефекти, використовувані в технологіїСБИС

Укладання

Список літератури


Запровадження

>Ионной імплантацією прийнято називати легування тонкихприповерхностних верств твердого тіла шляхом опромінення поверхні пучком іонів, прискорених до енергії 104-106еВ. Перші публікації із цієї тематики датовані початком 1960-х років і йшлося тоді пролегировании напівпровідників. Цей новий напрям домінувало до початку 80-х, коли паралельно з нею з'явилася й кілька років сформувалася нова гілка дослідження та технології, отримавши останніми роками назва “>имплантационная металургія”.

Універсальність іонній імплантації (і з виглядулегирующего речовини, і з виглядулегируемого матеріалу) на початковий період “малих доз” дозволяла не обмежувати себе не фізичними, ні економічними міркуваннями і намагатися застосувати її скрізь, де є тверде тіло й необхідність якось змінити властивості його поверхневого шару. З огляду на колосального розширення фронту робіт до певного часу можна було помічати окремих невдач при застосуванні іонної імплантації до тих або іншим суб'єктам системам і відразу переходити решти завданням. Пізніше, коли бум “Імплантація може всі!” змінився більш поглибленим і серйозним аналізом, почали прояснятися деякі фізичні обмеженняимплантационного методу. Цей процес відбувається почався, коли, з одного боку, намагалися щоб одержати тієї ж результатів пробувати інші, альтернативні методи, з другого боку, почалася “гібридизація”имплантационной методики з традиційними технологіями.

Перехідимплантационной технологією лабораторій у промисловість надав потужний економічний чинник оцінки - продуктивність і вартість операції. Особливо гостро це питання саме у з “>имплантационной металургією” чи імплантацією великих доз, де вирішальний чинник вартості всієї технології стає продуктивністьимплантационного устаткування. Навіть у напівпровідникової технології, де розміри оброблюваної поверхні незначні, тривалість і вартість операції легуванняемиттерних верств на стандартномуимплантационном устаткуванні виявилася надмірно високою; задля потреб ж машинобудування цю проблему погіршується й масштабом виробництва, і дешевизною інших операцій технологічного ланцюжка.

У зв'язку з цим виникає нагальна потреба провести з порівняльного аналізу основних технологій модифікації поверхневих верств, висвітлити фізичні обмеження іонної імплантації і альтернативних технологій стосовно конкретним завданням науку й техніки, і навіть провести орієнтовну економічну оцінку цих технологій і їх освоєння у тому чи галузі промисловості. Цьому і присвячена справжня робота.


1. Сутність та призначення іонної імплантації

>Ионная імплантація - це процес, у якому практично будь-який елемент то, можливо укорінений уприповерхностную область будь-якого твердого тіла - мішені, вміщеній в вакуумну камеру, у вигляді пучка високошвидкісних іонів з енергією за кількамегаелектронвольт.Имплантируемие іони впроваджуються у матеріал мішені на глибину від 0,01 до 1мкм, формуючи у ній особливеструктурно-фазовое стан. Товщина шару залежить від енергії і зажадав від маси іонів і південь від маси атомів мішені.

Оскільки технологіяимплантационного модифікування дозволяє впровадити у поверхню заданий кількість практично будь-якого хімічного елемента на задану глибину, то в такий спосіб можна сплавляти метали, які у розплавленому стані не змішуються, чи легувати одне речовина іншим в пропорціях, які неможливо досягти навіть за використанні високих температур. Отже, стало можливим створювати композиційні системи з унікальними структурами і властивостями, істотно відмінними від властивостей основної маси деталі.

Як об'єктатомно-физических досліджень іонна імплантація вперше сформувалася на початку 1960-х років. Це уможливилося завдяки досягненням у сфері вивчення ядерних взаємодій; основним устаткуванням для іонного легування є прискорювач. Енергія іонів може змінюватися (залежно від властивостей матеріалів комбінації іон - мішень) від кількох основнихкилоелектронвольт (>кеВ) за кількамегаелектронвольт (>МеВ). Запровадженняимпланта в основну грати поверхні виробу можливо без “дотримання” законів термодинаміки, визначальнихравновесние процеси, наприклад, дифузію і розчинність.

>Ионная імплантація призводить до значному зміни властивостей поверхні за глибиною:

> шар зміненоїдислокационной структурою до 100мкм.

Успішне застосування іонної імплантації визначається переважно можливістю передбачення та управління електричними і механічними властивостями формованих елементів при заданих умовахимплантирования.

Найпоширенішим застосуванням ІІ в технології формуванняСБИС є процес іонного легування кремнію. Часто доводиться проводити імплантацію атомів в підкладку, що покрита однією або кількома шарами різних матеріалів. Існування багатошарової структури може викликати різкі перепади в профілі легування за українсько-словацьким кордоном окремих верств. за рахунок зіткнення іонів з атомамиприповерхностних верств США можуть бути вибиті на більш глибокі областілегируемого матеріалу. Такі "осколкові ефекти" спроможні викликати погіршення електричних характеристик готових приладів.

Загальна траєкторія руху іона називається довжиною пробігу R, а відстань, прохідне що впроваджуються іоном до зупинки у напрямі, перпендикулярному до мішені,проецированной довжиною пробігуRp.

2. Схема установки


>Рис. 1. Схема установки для іонної імплантації


Схема установки для іонній імплантації приведено на рис. 1.

1 - джерело іонів

2 - мас-спектрометр

3 - діафрагма

4 - джерело високої напруги

5 - прискорювальна трубка

6 - лінзи

7 - джерело харчування лінз

8 - система відхилення променя за вертикаллю і системи відключення променя

9 - система відхилення променя за горизонталлю

10 - мішень для поглинання нейтральних частинок

11 – підкладка

>Магнитний мас-спектрометр призначений відділення непотрібних іонів від легуючих, електрометр - для виміру величиниимплантированного потоку іонів. Маски для ІІ можуть бути виготовлені з будь-яких матеріалів, які у технологіїСБИС (>фоторезист,нитриди, окисли, полікремній).

Управління дозою при ІІ утруднено цілою низкою чинників. Це наявність потоку нейтральних частинок, обмін енергії іонів з молекулами газів, вторинна електронна емісія з мішені, ефект зворотного іонного розпорошення. Для ліквідацію наслідків дії цих факторів використовують такі технічні прийоми. Нейтральні молекули відсіють з допомогою мас-спектрометру (його магнітним полем не відхиляє нейтральні частинки й де вони потрапляють уапертурную діафрагму). З іншого боку, в камері підтримується досить високий вакуум,предотвращающий процес нейтралізації іонів.Вторичную електронну емісію придушують, маючи близько мішені пастку Фарадея.


>Рис. 2. Профіль розподілу домішки при іонній імплантації бору різних енергій в кремній

Профіль розподілу домішки при іонній імплантації бору різних енергій в кремній наведено на рис. 2. Для коректного теоретичного розрахунку профілю, особливо великих значень енергій пучків іонів, використовують два об'єднаних розподілу Гаусса

,

Де D - поглинута доза,

>Rm - модальна довжина пробігу (аналог проекційної довжини пробігу приГауссовском розподілі),

D>R1, D>R2 - флуктуації першого і другого розподілу,

 

D>Ri=D>R1 при >x>Rm,

D>Ri=D>R2 при >x<=Rm.

Теоретичні профілі, розраховані з наближення Пірсона із чотирьох параметрами і розподілу Гаусса, і обмірювані профілі при іонній імплантації бору в кремній без проведенняотжига наведено на рис. 3.


3. До основних рис іонної імплантації

Формально іонної імплантацією було б називати опромінення поверхні твердого тіла атомами чи атомарними іонами з енергією щонайменше 5-10 енергій зв'язку атома в решітціоблучаемой мішені (тоді до зупинки іон чи атом пройде щонайменше 2-3межатомних відстаней, тобто. вселиться, “імплантується” в обсяг мішені). Будемо, проте, традиційно терміном “іонна імплантація” називати тут понад вузький діапазон енергій - від 5-10кеВ до 50-100кеВ (це було пов'язано і з історією розвитку методу, і особливостям устаткування, у якому реалізується опромінення, і з тим, що з інших енергій іонів вже практикуються інші найменування процесу). І від початку склалася ситуація, що дослідники іонній імплантації декларували (маючи цього достатньо підстав) наступний ряд достоїнств легування методом іонної імплантації (чиимплантационного легування):

1. Можливість вводити (імплантувати) будь-яку домішка, будь-який елемент Таблиці Менделєєва.

2. Можливість легувати будь-який матеріал.

3. Можливість вводити домішка у будь-якій концентрації незалежно від неї розчинності у вихідному матеріалі підкладки.

4. Можливість вводити домішка за будь-якої температурі підкладки, від гелієвих температур до температури плавлення включно.

5. Можливість працювати злегирующими речовинами технічної чистоти і порядку і з їх хімічними сполуками (теж будь-який чистоти).

6.Изотопная чистоталегирующего іонного пучка (тобто. можливість легувати як виключно даним елементом, а й винятково даним ізотопом цього елемента).

7. Легкість локального легування (з допомогою хоча б елементарного механічного маскування).

8. Мала товщина легованого шару (менш мікрона).

9. Великі градієнти концентрації домішки за глибиною шару, недосяжні при традиційних методах з неминучимдиффузионним розмиванням кордону.

10. Легкість контролю та повної автоматизації технологічного процесу.

11. Сумісність зпланарной технологією мікроелектроніки.

На цей час ейфорія абсолютизації цих достоїнств пройшла, більш-менш точно сформувалися сфери їхньої найбільш опуклого прояви, але й області, де їх перестають діяти (нижче звідси буде вказано докладніше). У кожному конкретному випадку застосування іонної імплантації першому плані виступають ті чи інші особливості процесу, ті чи інші фізичні ефекти, супутні імплантації. Тому корисно нагадати перелік основних фізичних ефектів, істотних приимплантационномлегировании (див. табл. 1).

Дослідження цих ефектів дозволило домогтися значних б у використанні іонній імплантації на вирішення наукових завдань із цілої низки напрямів, як фундаментальних, і прикладних. Основні галузі, де іонна імплантація стало могутнім інструментом досліджень, перераховані вТаблице 2, аТаблице 3 показано, які з фізичних ефектів іонної імплантації є ключовими під час використання у кожному з цих галузей науки.

Таблиця 1. Основні фізичні ефекти, супроводжують іонну імплантацію.

Індекс ефекту Найменування фізичного ефекту
1 Хімічне легування
2 Порушення кристалічною структури матеріалу мішені
2.1 Порушеннястехиометрии матеріалу мішені
3 Радіаційний стимулювання процесів
3.1 Стимулюваннядефектообразующей радіацією
3.2 Стимулюваннянеразрушающей радіацією
3.3 >Постимплантационное стимулювання
4 >Геттерирование дефектів і рухливих домішок
5 >Механические напруги
6 Освіта макроскопічних дефектних структур
7 >Фазовие переходи
8 >Диффузионние ефекти
8.1 >Диффузионное перерозподіл домішки
8.2 >Диффузия дефектів

Таблиця 2. Перелік основних наукових напрямів, де використовується іонна імплантація

Індекс напрями Найменування галузі
1 Фізика взаємодії швидких атомних часток отримують за твердим тілом
1.1 Фізика руху швидких частинок в твердому тілі
1.2 Фізикадефектообразования в твердому тілі
2 Фізика твердого тіла
2.1 Фізика фазових переходів
2.2 Дослідженнярадиационно-стимулированних процесів
3 Фізика, хімія і механіка поверхні
3.1 >Катализ
3.2 Зовнішня електронна емісія
3.3 >Коррозионная стійкість,пассивация
3.4 Фізика втоми матеріалів
3.5 Зносостійкість
3.6 >Антифрикционние властивості поверхні
4 Фізика напівпровідників
4.1 Фізикаp-n-перехода
4.2 Фізикасильнолегированних верств напівпровідника
4.3 Фізика напівпровідникових приладових структур

Аналізуючи вміст Таблиці 3, неважко побачити, що у більшості завдань під час використання іонній імплантації практично “працює” лише мала частка того набору фізичних ефектів, які визначають результатимплантационного легування. Це викликає думку, які можна тим ж цілей використовувати інших процесів і методик, або як прості, або як дешеві, чи більше продуктивні, чи навіть доступніші у певній ситуації. І, насамкінець, треба сказати, що є методики, які мають, крім переказаних уТаблице 1 властивостей, що й іншими властивостями, корисними стосовно деяким конкретним завданням.

Таблиця 3. Роль різних фізичних ефектів іонної імплантації на роботах по наукових відділеннях, переліченим вТаблице 2.

Індексфизеффекта імплантації Індекс наукового напрями
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 - + + + - - - + - - + + +

Примітки доТаблице 3:

1. Індекси фізичних ефектів і наукових напрямів відповідають позначенням вТаблицах 1 і 2, відповідно.

2. Знаком “+” відзначені ефекти, які відіграють значної ролі під час роботи у цій науковому напрямку, знаком “-” - не які відіграють жодної ролі; відсутність знака означає відсутність надійної інформації з даному питанню.

Отже, є сенс переглянути основні альтернативні процеси, у тих чи інших варіантах застосовувані як фізичних досліджень, так промислових технологій. Орієнтовний перелік цих процесів чи методик приведено уТаблице 4 (автор не претендує і повноту списку, що й так дуже великий, і строгість класифікації).


Таблиця 4. Перелік основних технологічних процесів (методик), застосовних вирішення завдань в західних областях дослідження, переказаних уТаблице 2.


Таблиця 4 а. Перелік технологічних процесів групи 3 - “Енергетичне вплив на підкладку з

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація