Bài giảng Cấy ion
Pha tạp bằng phương pháp cấy iôn TS. Trương thị Ngọc Liên Bộ môn: Vật liệu điên tử ĐHBKHN-Feb2009 1 NỘI DUNG 1. Mở đầu 2. Thiết bị cấy ion 3. Phân bố nồng độ 4. Bài tập 2 Mở đầu Phương pháp cấy ion là quy trình công nghệ để đưa tạp chất vào đế bán dẫn nhằm tạo các vùng tinh thể có dạng hạt dẫn lựa chọn. Nồng độ tạp có giá trị cao nhất không phải ở bề mặt mà ở trong khối bán dẫn. Ion tạp chất được cấy vào bán dẫn bằng chùm ion có năng lượng cao. Sự phân bố nồng độ tạp được xác định chủ yếu bằng khối lượng ion và năng lượng của chùm ion. 3 Ưu điểm của phương pháp Khống chế chính xác lượng nguyên tử tạp chất và cho phép nhận nồng độ 10 14 – 10 20 cm -3 với độ chính xác cao. Có thể cấy ion qua lớp oxít. Việc cấy ion tạp chất được tiến hành trong chân không cao, ở nhiệt độ phòng vì vậy không ảnh hưởng tới sự phân bố tạp của các công đoạn trước. Có thể cấy nhiều nguyên tố khác nhau. Có thể cấy cục bộ bằng dùng mask oxide hoặc mask polyme. 4 Có độ đồng đều lý tưởng, liều chiếu xạ theo phương nằm ngang (nồng độ tạp chất thay đổi cỡ 1% trên suốt đường kính phiến 8’’ (20,23 cm). Nhược điểm của phương pháp Các ion tới làm hỏng cấu trúc mạng tinh thể Các ion tới va chạm với các nguyên tử chất bán dẫn và làm cho chúng lệch khỏi vị trí nút mạng. Sự mất trật tự trong cấu trúc sẽ làm tăng khả năng hình thành lớp vô định hình trong chất bán dẫn (đế). Có thể khắc phục được sự mất trật tự trong cấu trúc bằng ủ nhiệt (khoảng 600 đến 1000 0 C. Khó nhận các profile rất nông hoặc rất sâu. Hiệu suất sử dụng thiết bị thấp trong điều kiện cấy liều cao. Sau khi cấy, các mask phải được loại bỏ do vậy nước sẽ được đưa vào đế ở bước tiếp theo này. 5 Phương pháp cấy ion Các ion tạp chất được gia tốc bằng trường tĩnh điện (30 ÷ 100 keV) đập vào bề mặt phiến. Ion tạp chất có vận tốc lớn cỡ 10 7 cm/s, chúng đến va đập và thấm sâu vào bề mặt phiến từ 10 đến 100 nm. Độ sâu của tạp chất thẩm thấu vào bề mặt phiến được xác định bằng năng lượng của ion tới và nó không bị chặn lại bởi sự nhiễm bẩn của bề mặt hay lớp oxide. 7 Số ion tạp/cm 2 được xác định bằng tích số giữa thông lượng F I của dòng ion tới /cm 2 .s và thời gian cấy t I : Phương pháp cấy ion . I I I Q F t Thông lượng của dòng ion với điện tích dương q I được thể hiện qua dòng có thể đo trực tiếp bằng một điện kế nối giữa đất và mẫu cần cấy ion. Do q I .F I thay đổi theo thời gian nên trong thiết bị cấy ion có bộ phận tích phân sử dụng để tính tổng điện tích được cấy vào trong mẫu theo thời gian t I 0 I t I I I q F