WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 4 Особенности накопления радиационных дефектов вакансионного и межузельного типов в бездислокационном кремнии с различным содержанием кислорода © И.И. Колковский, В.В. Лукьяница Белорусский государственный университет, 220064 Минск, Белоруссия Белорусский государственный медицинский институт, 220116 Минск, Белоруссия (Получена 20 марта 1996 г. Принята к печати 22 мая 1996 г.) Исследовались процессы образования основных радиационных дефектов в кремнии (A-, E-центры, комплексы Ci-Cs иCi-Oi) в бездислокационных кристаллах и кристаллах с низким содержанием дислокаций (ND 1 · 104 см-2) в зависимости от концентрации кислорода NO. Особенности накопления и отжига радиационных дефектов, наблюдаемые в бездислокационном кремнии, интерпретированы с учетом наличия межузельных включений в объеме таких кристаллов. Установлено, что геттерирующие свойства включений сложным образом зависят от концентрации кислорода и максимально выражены при NO 3 · 1016 см-3.

Введение 12 2 2.5мм3 с примерно одинаковой концентрацией углерода (NC 2 · 1016 см-3) и различным содержанием кислорода (NO 1 · 1016 1 · 1018 см-3).

Эффективность образования радиационных дефектов Облучение образцов осуществляли -квантами (РД) в кремнии зависит от содержания в кристаллах не 60 только легирующих, но и фоновых примесей, в первую Co при температуре Tirr 50 C, а 15-минутный очередь кислорода, который входит в состав РД как ва- изохронный отжиг проводили в интервале температур Tann = 50 450 C. Экспериментальные результаты кансионого (A-центры), так и межузельного (комплексы получены из измерений на различных этапах Ci - Oi) типов [1–3]. Наряду с кислородом в последнее облучения и последующего отжига температурных время отмечается влияние ранее не контролировавшихся факторов на накопление РД [4–7]. Анализ имеющих- зависимостей проводимости, коэффициента Холла ся данных показывает, что углубление понимания про- и времени жизни носителей заряда, измеренного с использованием модуляции проводимости в точечном цессов радиационного деффектообразования в кремнии связано с изучением влияния структурных нарушений, контакте. Обработка температурных зависимостей коэффициента Холла проводилась по уравнению проявление которых обусловлено отсутствием ростовых дислокаций и наличием примеси кислорода в определен- электронейтральности методом наименьших квадратов или по дифференциальной методике [8]. Значения ных концентрациях.

скоростей образования РД = N/ находили на В связи с этим в данной работе выполнены сравнительлинейных участках зависимостей концентрации ные исследования процессов накопления основных РД в дефектов N от потока облучения путем усреднения бездислокационных и малодислокационных кристаллах данных, полученных на 5 образцах.

кремния в зависимости от содержания в них кислорода.

Методика эксперимента Экспериментальные результаты и их обсуждение Исследования проводились на бездислокационных и малодислокационных (плотность дислокаций ND 1 · 104 см-2) монокристаллах кремния n- и Из анализа температурных зависимостей коэффициp-типа проводимости с удельным сопротивлением ента Холла облученных образцов и данных по от 100 Ом · см, выращенных методом зонной плавки в жигу образовавшихся дефектов установлено, что во вакууме или атмосфере аргона, а также вытягиванием всех исследованных кристаллах при облучении фориз расплава по Чохральскому. Содержание фоновых мируются РД как вакансионного, так и межузельнопримесей кислорода и углерода определялось из го типов. К первым относятся A- и E-центры, вноинфракрасного (ИК) поглощения на пластинах сящие в запрещенную зону уровни Ec - 0.18 эВ и толщиной 5 мм, вырезанных из различных частей Ec - 0.42 эВ соответственно, а ко вторым — комплекслитков. Контроль степени структурного совершенства сы межузельный углерод – узловой углерод (Ci - Cs, кристаллов осуществлялся металлографическим уровни Ec - 0.16 эВ и Ev + 0.1 эВ) и межузельный методом после селективного травления поверхности. углерод – межузельный кислород (Ci - Oi, уровень Для экспериментов использовались образцы размерами Ev + 0.35 эВ) [1–3]. В условиях наших экспериментов 406 И.И. Колковский, В.В. Лукьяница Рис. 1. Зависимость скоростей образования радиационных дефектов вакансионного (a) и межузельного (b) типов от концентрации кислорода. Кристаллы: (1–4) — бездислокационные, (1 - 4 ) — малодислокационные. Дефекты: 1, 1 — E-центры, 2, 2 — A-центры, 3, 3 — комплексы Ci - Cs, 4, 4 — комплексы Ci - Oi.

упомянутые дефекты образуются в заметных концентра- кислорода и фосфора. Поэтому с ростом концентрации циях, остальные — в пренебрежимо малых. кислорода в кристалле в превалирующей концентрации На рис. 1 показаны зависимости скоростей обра- будут вводиться A-центры, а эффективность введения E-центров уменьшается.

зования РД вакансионного (рис. 1,a) и межузельного (рис. 1,b) типов от концентрации кислорода в бездис- Подобным образом обстоит дело и с межузельным каналом дефектообразовния, когда генерируемые облулокационных и малодислокационных кристаллах. Видно, что во всех исследуемых кристаллах с ростом концен- чением собственные межузельные атомы (I) вытесняют трации кислорода имеет место общая тенденция к уве- из узлов атомы углерода (Cs + I Ci). Поскольку в каличению скоростей образования A-центров и комплек- честве стоков для Ci наряду с Cs выступает и Oi [3], следовательно, относительная эффективность образования сов Ci - Oi при одновременном уменьшении скоростей образования E-центров и комплексов Ci - Cs. Деталь- комплексов Ci - Oi и Ci - Cs определяется конкуренцией по захвату Ci между атомами межузельного кислорода и ный анализ представленных данных позволяет выделить следующие особенности накопления РД в бездислокаци- узлового углерода: Oi + Ci Ci - Oi, Cs + Ci Ci - Cs.

В результате с ростом NO эоффективность образования онном материале:

комплексов Ci - Oi возрастает, а комплексов Ci - Cs, 1) различие (особенно при малых NO) вакансионных наоборот, уменьшается.

РД в бездислокационном и малодислокационном кремПри количественном анализе полученные на эксперинии;

менте данные (рис. 1) сопоставлялись с результатами 2) большой разброс значений от слитка к слитку в расчетов, выполненных на основании нижеприведенной бездислокационных кристаллах по сравнению с малодиссистемы уравнений, описывающей в стационарном прилокационными;

ближении накопление A- и E-центров на начальных 3) несохранение постоянной суммарной скорости обраэтапах облучения [9]:

зования РД в бездислокационном кремнии при измене нии концентрации кислорода.

A O O P N = V NSiV NO/ (V NO + V NP), Качественно наблюдаемый ход зависимости NE = V NSiV PNP/ (V ONO + V PNP), (1) = f (NO) в исследуемых материалах может быть N = V NSi/ (V NO + V NP), объяснен в рамках теории квазихимических реакций V O P между равномерно генерированными в объеме кристалла первичными РД (вакансиями и межузельными атомами) где V — эффективное сечение образования вакансий и однородно распределенными примесями (кислород, в кремнии при -облучении; NSi и NP — концентрации фосфор, углерод). Так как основными стоками для атомов кремния и фосфора; NA и NE — концентрации Aвакансий являются атомы фосфора и кислорода, и E-центров, NV — стационарная концентрация ваканотносительная эффективность образования A- и сий; V O, V P — константы взаимодействия вакансии с E-центров пропорциональна соотношению концентраций кислородом и фосфором; — поток -квантов.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Особенности накопления радиационных дефектов вакансионного и межузельного типов... Для описания процессов накопления РД межузельного нием свободные вакансии. Эффект перераспределения типа (Ci - Oi и Ci - Cs) использовалась аналогичная вакансий между матрицей кристалла и ПДС межузельсистема уравнений, в которой была произведена замена ного типа определеяется геттерирующими свойствами V, NV, NP, V O, V P на Ci, NCs, NCi, CiOi, CiCs последних. С увеличением содержания кислорода в крисоответственно (типы дефектов указаны в индексах). сталле он будет ослабевать, так как атомы кислорода, Оказалось, что удовлетворительное согласие расчета будучи эффективными стоками для вакансий, уменьшают (штрихпунктирные линии) с экспериментом в широком их длину свободного пробега. Поэтому в бездислокаинтервале изменения концентрации кислорода имеет ционных кристаллах с низким содержанием кислорода место при следующих значениях феноменологических (NO < 1015 см-3) наличие ПДС проявляется в наипараметров: V = 9 · 10-26 см-2, V P/V O = 135 и большей степени и обусловливает резкое уменьшение CiOi/CiCs = 3, причем только для малодислокационных скорости образования E-центров в матрице кристалла.

кристаллов. В то же время эффективность накопления дефектов ваВ этой связи отметим, что известный из литерату- кансионного типа в области ПДС, наоборот, возрастает.

ры [10] и используемый на практике способ определения Поскольку локальная концентрация атомов кислорода малых (не обнаруживаемых ИК поглощением) концен- в ПДС высока, там преимущественно образуются Aтраций кислорода в кристаллах n-кремния, основанный центры. При этом скорость их образования (A), так на измерении скоростей образования A- и E-центров, же как и в матрице, определяется соотношением между корректен, вообще говоря, лишь для малодислокацион- концентрациями кислорода и других локализованных ных кристаллов. Не исключено, что применение этого в ПДС стоков для вакансий (атомы фосфора, других способа без учета структурного совершенства кристал- примесей, граница раздела фаз включение–матрица, где лов может привести к заниженным значениям концен- возможны аннигиляция и ”замораживание” захваченных трации кислорода (на уровне 1013 см-3 [11]). В вакансий [16]), и в силу этого достаточно чувствительна исследуемых нами различных малодислокационных кри- к структуре и примесному составу ПДС.

сталлах, выращенных методом зонной плавки в вакууме, Таким образом, первая из отмеченных выше осоконцентрация кислорода, определенная по измеренным бенностей обусловлена перераспределением свободных значениям скорости образования E-центров E с исполь- вакансий между матрицей кристалла и ПДС, в результате зованием рассчитанной при указанных выше параметрах чего изменяется величина отношения E/A в бездислозависимости E = f (NO) в качестве калибровочной, кационных кристаллах по сравнению с малодислокацинаходилась в пределах NO = 8 · 1014 5 · 1015 см-3, что онными.

согласуется с данными работ [12,13]. Варьирование условий выращивания кристаллов (скоАналогичный подход можно использовать и для опре- рость роста, осевой температурный градиент, атмосфера деления малых концентраций углерода в кристаллах. выращивания и т.д.) приводит к изменению концентраЧто касается бездислокационных кристаллов, то в ции формирующихся ПДС, их геттерирующих свойств, рамках рассматриваемой модели невозможно удовлетво- состава и плотности примесной атмосферы. Поэтому рительно описать изменение скоростей образования РД в наблюдаемый в бездислокационных кристаллах разброс исследуемом интервале концентраций кислорода. Причи- E, A и E/A (вторая особенность) является следной этого, по-видимому, являются сделанные при расче- ствием различий в их структурном совершенстве из-за тах допущения об однородном распределении примесей неидентичности условий выращивания.

и(или) о наличии только точечных центров захвата (ки- Учитывая, что поля упругих напряжений, источниками слород, фосфор, углерод) первичных РД. Тот факт, что в которых являются включения, анизотропны, качественно исследованных бездислокационных кристаллах подвиж- сходная картина возможна и для дефектов межузельного ность носителей заряда в области азотных температур типа.

имеет, как правило, меньшую величину, чем в малодис- Третья из отмеченных выше особенностей, связанная локационных кристаллах, указывает на наличие в объеме с несохранением суммарной скорости образования РД в сложных структурных нарушений. В качестве последних бездислокационных кристаллах, свидетельствует о том, выступают, как предполагается [7,14], образующиеся что в ПДС не все вакансии участвуют в образовании при выращивании бездислокационных кристаллов не вы- электрически активных дефектов. На рис. 2 представлена являемые селективным травлением примесно-дефектные зависимость от NO параметра F = (c - e)/c (где c c e e скопления (ПДС), представляющие собой окруженные c = A + E и e = A + E — соответственно атмосферой из фоновых примесей включения межузель- рассчитанные и экспериментально определенные сумного типа. С учетом этого объяснить наблюдаемые выше марные скорости образования РД вакансионного типа особенности в накоплении РД в бездислокационных кри- при фиксированной концентрации кислорода), отражаюсталлах с различным содержанием кислорода можно на щего долю ”непрореагировавших” (захваченных ПДС) основании модельных представлений, развитых в рабо- вакансий. Как видно, с ростом NO от 1015 см-3 до тах [7,14–16]. 1018 см-3 F сначала увеличивается, достигая максимальПод действием создаваемых скоплениями деформаци- ного значения при NO = 3 · 1016 см-3 (точка B), а затем онных полей к ним мигрируют генерируемые облуче- уменьшается, становясь при NO = 1018 см-3 в 3 раза Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 408 И.И. Колковский, В.В. Лукьяница после облучения и на различных этапах отжига) сростом температуры отжига Tann зависит от NO и коррелирует с зависимостью F = f (NO). Кривая A подобна зависимости f от Tann для вакуумного малодислокационного n-кремния [14], за исключением пика в области Tann = 300 400 C, который, по нашему мнению, указывает на наличие в исследуемых кристаллах ПДС. Для кристаллов с содержанием кислорода NO 3 · 1016 см-3, в которых максимально выражены геттерирующие свойства ПДС, характерна кривая B. Крайне немонотонный вид этой кривой свидетельствует о том, что увеличивается доля захваченных ПДС вакансий, которые далеко не все участвуют вблизи ПДС в образовании A-центров;

часть их ”замораживается” в составе менее устойчивых электрически нейтральных комплексов либо занимает квазистабильное состояние на увеличившейся границе раздела включение– матрица кристалла. Освобождение связанных тем или иным образом вакансий начинает ся при Tann > 100 C и сопровождается дообразованием (максимумы f ) и последующим распадом (минимумы f ) ряда новых рекомбинационно-активных дефектов.

Рис. 2. Зависимость доли F ”непрореагировавших” вакансий от концентрации кислорода. На вставке — отжиг рекомбина- Кривая C показывает, что хотя в кристалле и приционных центров.

сутствуют ПДС, однако их геттерирующие свойства снизились по сравнению с предыдущим случае (кривая C более плавная и проходит ниже пиков на кривых B и A).

В заключение заметим, что полученные результаты меньше (точка C), чем при начальной концентрации дают основание считать, что одной из основных причин кислорода NO = 1015 см-3 (точка A).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.