Primäre Implantationsschäden

 

Betrachtet man Abbildung 2.24, so wird deutlich, daß die fortschreitende Schädigung des Kristallgitters einen maßgeblichen Einfluß auf das Dotierstoffprofil hat. Dieser Effekt basiert auf der Tatsache, daß Gitterschäden als Streuzentren für kanalisierte Ionen fungieren, sodaß der Channeling-Tail mit zunehmender Dosis steiler wird.

Gitterdefekte, die auf Grund von Bewegungen energiereicher Teilchen im Festkörper entstehen, nennt man primäre Defekte (,,Primary defects``) [Aka73]. Bei höheren Dosen können sich diese primären Defekte während des Ausheilschrittes zu sekundären Defekten (Secondary, Extended, or Residual defects) zusammenschließen (siehe Kapitel 2.9).

Die ersten Modellierungsansätze sind auch hier für amorphe Strukturen zu finden [Rob74, Pos86, Hob88a, Hob89]. Sie dienen zur Erarbeitung von Konzepten und dem Studium ihrer zeitlichen Entwicklung, können aber De-Channeling-Phänomene nicht wiedergeben.

Wie bereits in Kapitel 2.3 ausführlich gezeigt wurde, verliert das Ion auf seinem Weg durch den Kristall Energie in Form von nuklearen Stößen. Dabei können die vier kovalenten Bindungen des Siliziumatoms aufbrechen, und es entsteht ein neues Teilchen (Recoil), welches wiederum andere Defekte verursachen kann -- es bildet sich eine sogenannte Stoßkaskade. Der Energieschwellwert für das Herauslösen eines Atoms aus dem Gitterverband wird Versetzungsenergie (Displacement energy) genannt und variiert zwischen 14 und 120eV je nach Art des nuklearen Stoßes. Als Mittelwert haben sich in der Literatur 25eV [Zie85] durchgesetzt.

  
Abbildung 2.27: Simulation der Ionenbahn und aller Recoil-Trajektorien mit einer Enstehungsenergie größer als 100eV [Hob88a]. Der Endpunkt der Ionenbahn ist durch einen schwarzen Kreis gekennzeichnet.

Im Rahmen der Monte Carlo Simulation der Punktdefekte können prinzipiell zwei Wege eingeschlagen werden:

a)

Jedes entstandene Recoil verhält sich analog zu einem Ion. Man kann daher die Gesetze und Modelle aus diesem Kapitel ebenfalls zur Berechnung der Recoil-Trajektorie heranziehen. Diese Follow-Each-Recoil Strategie findet aber auf Grund von sehr hohen Rechenzeiten nur bei Modellen für amorphe Materialien Anwendung.

b)

Daher war man versucht, statt der detaillierten Simulation der Stoßkaskade statistische Ansätze zu finden, die auch im Weiteren näher beleuchtet werden. Allen ist die Eigenschaft gemeinsam, daß die Reichweite der Recoils nicht berücksichtigt werden kann und daher bei schweren Ionen wie Arsen und Antimon, die hochenergetische Punktdefekte erzeugen, Schwierigkeiten auftreten [Hob88b] (siehe Abbildung 2.27).

Folgende Problemkreise entstehen jedoch für alle Modelle, die bei Monte Carlo\ Simulationen Anwendung finden:

• Die Generation der Gitterschäden,
• die Art und Lage der Defekte im Kristallgitter und
• die Rekombination der Punktdefekte während der Implantation (Self-Annealing, Dynamic annealing) müssen berechnet bzw.\ berücksichtigt werden.

Kommt nun ein solches Recoil zur Ruhe, so wird es als Zwischengitteratom (Interstitial) in einem Histogramm gezählt. Auf diese Weise entstehen Defektkonzentrationsprofile. Nachfolgend implantierte Ionen treffen nun mit einer Wahrscheinlichkeit proportional zur Defektkonzentration auf ein Zwischengitteratom bzw. eine Leerstelle (Vakanz, Vacancy) und nicht mehr auf ein Gitteratom. Dadurch läßt sich der Einfluß der transienten Gitterschädigung auf das Channeling berücksichtigen.

 
• 2.8.1 Statistische Punktdefektmodelle
  • Kinchin-Pease Modell
  • Modifiziertes Kinchin-Pease Modell
  • Lage der Zwischengitteratome
  • Statistisches Modell mit Rekombination
• 2.8.2 Amorphisierung