Для виготовлення багатьох напівпровідникових приладів необхідний легований матеріал Можливі такі способи легування: 1) легування вже вирощених кристалів 2) легування кристалів у процесі вирощування з рідкої фази 3) легування кристалів у процесі вирощування з газової фази

1 Легування вже вирощених кристалів

Воно здійснюється методом дифузії домішки з зовнішньої газової, рідкої або твердої фаз, методом радіаційного легування і методом іонної імплантації Метод дифузії в технології виробництва обємних легованих матеріалів не набув поширення через малих швидкостей дифузії в кристалах Проте самі процеси дифузії відіграють велику роль в технології отримання та обробки напівпровідникових матеріалів і створенні приладів на їх основі Розгляду цих процесів присвячена гл 8

Суть же радіаційного (або трансмутаціонного) методу легування вирощених кристалів зводиться до наступного При опроміненні кристалів напівпровідників і діелектриків ядерними частками (нейтронами, протонами, γ-квантами та ін) в результаті протікання ядерних реакцій може відбуватися перетворення частини атомів основної речовини в атоми інших хімічних елементів, які були відсутні раніше в речовині Наприклад, при опроміненні Si повільними нейтронами утворюється нестабільний ізотоп 31Si, який, розпадаючись з періодом напіврозпаду 26 години, перетворюється в стабільний ізотоп 31P Ці явища знаходять все більш широке застосування для однорідного легування вирощених кристалів Неоднорідність питомого опору при радіаційному легуванні не перевищує 1% на глибині 50 мм Це значно перевершує ступінь однорідності легування кристалів іншими методами В даний час найбільше практичне застосування при радіаційному легуванні набуло використання теплових нейтронів

Іонною імплантацією називають процес впровадження в кристал іонізованих атомів з енергією, достатньою для проникнення в його приповерхні області В даний час в електронній промисловості іонна імплантація найбільш широко застосовується для іонного легування кремнію при виготовленні напівпровідникових приладів Енергія легуючих іонів (бору, фосфору або мишяку) зазвичай становить 3-500 кеВ, що достатньо для їх імплантації в приповерхневих область кремнієвої підкладки на глибину 10-1000 нм Глибина залягання імплантованою домішки, яка пропорційна енергії іонів, може бути обрана виходячи з вимог конкретного застосування імплантованою структури Основною перевагою технології іонної імплантації є можливість точного керування кількістю впроваджених атомів домішки Потрібну концентрацію

легуючої домішки (в кремнії в діапазоні 1014-1021 см-3) отримують

після відпалу мішені Крім того, можна легко керувати профілем розподілу впроваджених іонів по глибині підкладки Процес іонної імплантації, що проводиться у вакуумі, відноситься до категорії «чистих і сухих» процесів

Одним з недоліків іонної імплантації та методу радіаційного легування є одночасне з легуванням освіту в опромінюваних кристалах радіаційних порушень кристалічної решітки, що істотно змінює електрофізичні властивості матеріалу Тому необхідною стадією процесу при отриманні іонно-легованих і радіаційно-легованих кристалів є термообробка (відпал) матеріалу після опромінення Отжиг іонно-імплантованих шарів проводиться для активування імплантованих атомів, зменшення дефектів кристалічної структури, що утворюються при іонної імплантації та радіаційному легуванні, і в кінцевому рахунку, для створення області із заданим законом розподілу легуючої домішки і певної геометріей1 Іншими недоліками даного методу легування є вартість опромінення і необхідність дотримання

1Нагрев при термічній обробці можна здійснювати крім звичайних методів і методами поверхневого впливу за допомогою лазерного, фотонного, електронного та інших видів променевого впливу

заходів радіаційної безпеки

Проте іонна імплантація і радіаційне легування кристалів зараз – важливі і швидко розвиваються галузі технології напівпровідників Так як іонна імплантація забезпечує більш точний контроль загальної дози легуючої домішки в діапазоні

1011-1016 см-2, там, де це можливо, нею замінюють процеси дифузійного легування Дуже інтенсивно іонна імплантація використовується для формування надвеликих інтегральних схем Метод радіаційного легування використовується для отримання кремнію, необхідного для виробництва силових приладів, де в якості головної вимоги виступає висока однорідність розподілу домішок в кристалі Метод радіаційного легування також знаходить все більше застосування і для легування інших напівпровідникових матеріалів Так, їм здійснюють легування Ge галієм і мишяком, InSb оловом, GaAs германієм і селеном і т д

У даному курсі ми не будемо торкатися фізичних процесів, що лежать в основі іонної імплантації та методу радіаційного легування, і питань, повязаних із застосуванням цих методів для легування напівпровідників і створення напівпровідникових приладів Ці питання детально викладені в спеціальній літературі, наприклад [28, 39]

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002