Введение к работе
Актуальность темы. Исследования взаимодействия пу* :сов тяжелых заряженных частиц с веществом в последнее время приобретают все большую практическую значимость. Ионная имплантвция широко используется для цоленаправленного изменения разнообразных свойств поверхности материалов: коэффициента трения, поверхностной твердости, критической температуры сверхпроводимости, электрофизических параметров и т.д.-Характерными npemiynecTBaNM ионной имплантации перед другими методами легирования поверхности материалов являются возможность введения дозированного количества любых примесей при низких темпер?" "pax и создания глубинных распределений примеси произвольной форма. К недостаткам этого метода относится прежде всего образование структурных дефектов, сопутствующее прохождению частиц в веществе.
Особую важность метод ионного легирования приобрел в современной микроэлектронике. Актуальность исследований радиационных воздействий на полупроводниковые кристаллы возрастает в связи с развитием микроэлектроники по пути повышения степени интеграции схемных элементов, необходимостью создания силовых полупроводниковых приборов большой мощности и возможностью. регулирования параметров приборов с помощью облучения. В частности, интерес к высокоэнергетичной ионной имплантации связан не только с необходимостью совершенствования известных технологических процессов изготовления полупроводниковых приборов, но и делает возможным создание новых приборных структур. Высокодозная ионная имплантация в последние Годы также широко используется в микроэлектронике. Существенную значимость приобрели, в частности, проблемы создания скрытых изолирующих слоев и низкоомных легированных областей в полупроводниковых кристаллах при высокодозной ионной имплантации и последующем термическом отжиге.
В настоящее время оптимальный выбор условий проведения технологических процессов невозможен без количественных данных о взаимодействии заряженных частиц с твердыми телами. Развитие
современной микроэлектроники определяется пониманием физической сущности процессов, сопровождающих взаимодействие ионов с поверхностью мишени, а такге наличием количествеиных данных и методов моделирования ионно- лучевой технологии. Очевидна необходимость разработки как физических, так и математических моделей с учетом фактороЕ, характерных для высоких энергий и доз ионного внедрения, составляющая основную тему данной работы.
Целью диссертационной работы являлось моделирование физических процессов, сопровождающих прохождение конов Е веществе и характерних для високодозной и высокознергетичной ионной имплантации, а такие моделирование послекмплантационного термического отжига.
Научная новизна рабош заключается в следувдэм:
- предсказано сильное влияние флуктуации зарядовых состояний
високоенергетичних ионов на пространственные распределения
имплантированной примеси и. радиационных дефектов;
- модифицированы с учетом флуктуации зарядовых состоянии ионов программы численного моделіфования ионной Ешлентеция методом Монте- Карло и на основе прямых и обратных кинетических уравнений;
- создана модель высокоэнергетичной ионной имплантации е
кристаллические мишени, учитывающая эффект каналировакия иопоэ
при большой разориентации пучка относительно низкоиндексных
кристаллографических осей к плоскостей мезони, и проЕодеао
численное моделированио различных аксперимонтов;
получена аналитическая формула для коэффициента дичфузки дрнорной примеси в кремнии при Систром термическом ОТ251ГЄ, учитывающая перколяциошши механизм переноса примоси;
разработана модель высокоинтвпеивной имплантации кислорода в кромний с образованием скрытого диэлектрического слоя, основаїшую на диффузионно- кинетических уравнениях; разработана модель, описывающая синтез скрытого слоя в крайни: в процессе послоимплантационнога термического отхеига на основе приближения стохастического фрактала.
Практическая значимость работы. Получите в работе результаты могут быть использованы для раь^аботки рекомендаций по технологии конного легирования различных материалов с энергиями порядка I МэВ/а.е.м., а также создания скр тых диэлектрических слоев и проводящих высоколегированных областей в полупроводниковых материалах. Разработанные программ могут быть использованы как элементы программных комплексов сквозного моделирования технологий микроэлектроники. Результаты включены в .отчет по теме "Исследовать параметры физических процессов ионной имплантации, разработать модели и создать программные средства для моделирования ионно- лучеьой 'технологии производства СБИС" (исследования выполнялись в рамках межотраслевой республиканской программы по информатике, номер гос. регистрации 01890056442).
Положения, выносимые на защиту:
1. Модель высокоэнергетичной ионной имплантации в
кристаллические мишени, учитывающая эффект каналирования ионов
при большой разориентоции пучка относительно низкоиндексных кристаллографических осей и плоскостей мишени. Рассмотрено влияние деканалирования ионов на процесс формирования послеимплантационных профилей примеси.
2. Количественная модель Еысокоэнергетичной ионной
имплантации с учетом флуктуации зарядовых состояний ионов при
движении в вещество. Результаты моделирования глубинных
распределений внедренных атомов и радиационных повреждений
методом Монте- Карло, а также на осноеє численного решения
. прямых и обратных кинетических уравнений.
-
Предсказанное сильное влияние эффекта флуктуации зарядовых состояний высокоэнергвтичных ионов на пространственные распределения имплантированной примеси и радиационных дефектов.
-
Аналитическая формула для коэффициента диффузии донорной примеси в кремнии при быстром термическом отжиге, учитывающая перколяционный механизм переноса примеси.
-
Модель высокоинтенсивной имплантации кислорода r кремний с образованием скрытого диэлектрического слоя, основанная на
диффузионно- кинетических уравнениях.
6. Модель, описывающая синтез скрытого слоя в кремнии в процессе послеимплантационного термического отжига на основе приближения стохастического фрактала.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и представлялись на 4 Всесоюзной конференции по взаимодействию излучения с твердыми телами (Нальчик, 1990г.), XX и XXI Всесоюзных совещаниях по взаимодействию заряженных частиц с кристаллами (Москва, 1990 и 1991г.), УІІ Международной конференции "Модификация материалов ионными пучками" (США, Ноксвилл, 1990г.), ІУ Всесоюзном совещании "Математическое моделирование физических" процессов в полупроводниках и полупроводниковых приборах" (Ярославль, 1990г.), Всесоюзной конференции ."Перспективы применения алмазов в полупроводниках и полупроводниковых приборах" (Москва, 1991г.), УІ Международной конференции "Радиационные аффекты в изоляторах" (ФРГ, Веймар, 1991г.), XXX Всесоюзном постоянном семинаре "Моделирование на ЭВМ дефектов и процессов в металлах" (Одесса, 1990г.), ХІУ Международной конференции по атомным столкновениям в твердых телах (Великобритания, Сэлфорд, 1991г.), X Всесоюзной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Звенигород, 1991г.).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 24 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы и прилокеїшя. Она содержит 182 страницы машинописного текста, в том числе 30 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 125 наименований.
