WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 6 Перераспределение атомов фосфора, имплантированных в сильно легированный бором кремний © Е.Г. Тишковский¶, В.И. Ободников, А.А. Таскин, К.В. Феклистов, В.Г. Серяпин Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 7 декабря 1999 г. Принята к печати 9 декабря 1999 г.) Исследованы особенности перераспределения атомов фосфора, введенных имплантацией в пластины кремния с высокой исходной концентрацией бора NB = 2.5 · 1020 см-3. Показано, что предварительное легирование бором приводит к тому, что уширение концентрационных профилей фосфора в процессе отжига в интервале температур 900-1150C в течение 1 ч существенно меньше, чем в слабо легированном кремнии.

Результаты интерпретированы в терминах межпримесного взаимодействия с образованием неподвижных пар бор–фосфор. Оценена энергия связи комплексов бор–фосфор в кремнии, составившая 0.6–0.8 эВ.

Введение Цель данной работы — исследование особенностей перераспределения атомов фосфора, введенных имплантацией, на фоне высокой концентрации легирующей Проведенные к настоящему времени экспериментальпримеси бора в условиях отжига, в которых ранее в раные исследования показали, что отжиг сильно легироботах [1–4] наблюдалось формирование осциллирующей ванного бором кремния (NB 2 · 1020 см-3), в который структуры в распределении атомов бора.

была проведена имплантация ионов B+, приводит к образованию осциллирующих структур в распределении атомов бора [1–4]. Именно высокий исходный уровень Эксперимент легирования бором является одним из факторов, определяющих формирование подобных ярко выраженных В основном эксперименте было использовано два наособенностей в перераспределении как предварительно бора пластин. Первый набор представлял собой пластивведенного в исходные образцы, так и имплантированноны кремния КЭФ-7.5 ориентации (100), в которые была го в них бора [4].

проведена диффузия бора из поверхностного источниВ работах [1–4] оба фактора: высокий уровень легирока при температуре 1150C таким образом, чтобы на вания и эффекты, связанные с имплантацией, задавались протяжении не менее 1.5 мкм создавалась область равноодной и той же примесью — бором. Для выявления мерного фонового легирования с высокой концентрацией роли каждого из этих факторов в процессах перераспре2.5 · 1020 см-3 (рис. 1). Второй набор пластин кремния деления примесей несомненный интерес представляет КДБ-10 ориентации (100) с низким уровнем легирования исследование воздействия имплантации в кремний (с выбором служил контрольным по отношению к первому соким исходным уровнем бора) ионов других примесей, набору.

в частности фосфора.

Далее, с использованием установки HVEE-400 в оба В этом случае также следует ожидать проявления набора пластин имплантировались ионы P+ с энергиособенностей в перераспределении примесей, поскольку ей 300 кэВ и дозой 1015 см-2 (рис. 1). После этого точно так же, как и в работах [1–4], будут присутствовать проводился отжиг подготовленных наборов пластин при оба фактора, связанные с высоким исходным уровнем температурах 900, 950, 1000, 1075 и 1150Cв инертной легирования и последствиями имплантации ионов. Кро- атмосфере в течение 1 ч.

ме того, известно [5,6], что примеси акцепторного и доКроме этого, были подготовлены две пластины, в норного типа имплантированные одновременно в кремодной из которых был создан высокий уровень фонового ний, взаимодействуют в процессе термообработок, что легирования примесью фосфора путем имплантации иоприводит к результирующему распределению примесей, нов P+ с энергией 300 кэВ и дозой 1016 см-2 в пластину существенно отличающемуся от распределения в случае, кремния КДБ-10 (100) и последующего отжига в течение когда эти примеси внедрены в кристалл отдельно. Соот- 1 ч в инертной среде при температуре 1075C. В резульветствующее примесное распределение в ряде случаев тате была создана область, сильно легированная фосфоудается описать с привлечением механизма образования ром, с концентрацией порядка 1020 см-3 на поверхности донорно-акцепторных пар [5,6]. Следует ожидать, что и спадающей примерно до 1019 см-3 на глубине 1.3 мкм.

подобное взаимодействие проявится и в нашем случае Вторая пластина с низким уровнем легирования, креми тем самым предоставит дополнительные сведения о ний КЭФ-7.5 ориентации (100), служила контрольной к поведении атомов бора в процессе формирования пропервой.

странственных структур.

В обе пластины проводилась имплантация ионов B+ с энергией 100 кэВ и дозой 1015 см-2, а затем следовал ¶ E-mail: tish@thermo.isp.nsc.ru отжиг в течение 1 ч при температуре 1075Cв инертной 656 Е.Г. Тишковский, В.И. Ободников, А.А. Таскин, К.В. Феклистов, В.Г. Серяпин среде. Этот эксперимент являлся дополнительным к основному, поскольку в нем роли атомов бора и фосфора поменялись на противоположные.

Распределение примесей P и B по глубине исследовалось методом масс-спектрометрии вторичных ионов (МСВИ) на установке MIQ-256 (CAMECA-RIBER) по 10 11 выходу вторичных ионов B+, B+ и P+ с использованием первичного пучка ионов O+ с энергией 10 кэВ и по выходу вторичных ионов (28Si10B)-, (28Si11B)- и Pс использованием первичного пучка ионов Cs+, также с энергией 10 кэВ. Постоянство скорости травления контролировалось по выходу вторичных ионов кремния Si.

Экспериментальные результаты Для каждой температуры отжига сравнивались следующие пространственные распределения: исходное распределение атомов после имплантации, а также их распределение в образцах сильно и слабо легированного кремния после отжига в одних и тех же условиях.

Оказалось, что после часового отжига при температуре ниже 1000C профили фосфора в сильно легированном бором кремнии в пределах погрешности экспе- Рис. 2. Профили распределения концентрации бора в сильно (2) и слабо (3) легированном фосфором кремнии, полученные в результате имплантации ионов B+ (E = 100 кэВ, D = 1015 см-2) и последующего отжига (T = 1075C, t = 1ч).

Кривая 1 получена после имплантации ионов B. Сплошные линии — эксперимент, штрихпунктирная — расчет диффузии бора в слабо легированном кремнии, штриховая — расчет диффузии фосфора в сильно легированном фосфором кремнии с учетом образования пар {PB}.

римента не отличаются от исходных, полученных непосредственно после имплантации. В то же время в слабо легированном кремнии уширение профилей в этом же диапазоне температур отжига хорошо фиксируется.

Уширение профилей фосфора в сильно легированных образцах становится заметным лишь при температурах отжига выше 1000C. В этом диапазоне температур отжига профиль распределения фосфора в слабо легированном кремнии по-прежнему заметно шире, чем в сильно легированном бором кремнии (рис. 1). Подобное поведение отмечалось не только для пар примесей фосфор–бор [7], но и для других пар примесей, одна из которых донорная, другая акцепторная [5,6].

Качественно аналогичный результат получен и в дополняющем эксперименте — в сильно легированном Рис. 1. Профили распределения концентрации фосфора (1–3) фосфором кремнии профиль распределения бора после и бора (4, 5) в сильно (2, 4, 5) и слабо (3) легированном имплантации и отжига уже, чем в контрольном, слабо бором кремнии, полученные в результате имплантации ионов легированном образце (рис. 2).

P+ (E = 300 кэВ, D = 1015 см-2) и последующего отжига Таким образом, предварительное легирование до высо(T = 1075C, t = 1ч). Другие условия получения распредекой концентрации либо бором, либо фосфором приводит лений: 1 — после имплантации, 4 — в исходном сильно легик тому, что расплывание профилей распределения имрованном кремнии. Сплошные линии — эксперимент, штрихплантированной примеси, соответственно либо фосфора, пунктирная — расчет диффузии фосфора в слабо легированном либо бора, в процессе отжига существенно меньше, чем кремнии, штриховая — расчет диффузии фосфора в сильно легированном бором кремнии с учетом образования пар {PB}. в слабо легированном кремнии.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Перераспределение атомов фосфора, имплантированных в сильно легированный бором кремний вытеснения атомов бора из узлов собственными междоузлиями, выходящими из разупорядоченной области. В данном случае, т. е. после имплантации ионов P+ при последующем отжиге, для формирования максимумов с такой же, как и ранее [1–4], амплитудой необходимы температуры примерно на 50–100C выше, чем в предыдущих экспериментах, в которых имплантированная примесь и примесь, задающая высокий уровень предварительного легирования, была одна и та же, а именно — бор.

Заметим также, что в тех областях пространства, где формируются максимумы на профилях бора, на профилях фосфора особенностей не наблюдается (рис. 1).

Обсуждение результатов Экспериментальные профили распределения имплантированных примесей после отжига сопоставлялись с решением однопараметрической краевой задачи диффузии:

C(x, t) = D2C, t x Рис. 3. Сопоставление экспериментальных профилей распреC(0, t) (1) деления концентрации фосфора в сильно (штриховые линии) = 0, и слабо (сплошные линии) легированном бором кремнии, x полученные в результате имплантации ионов P+ (E = 300 кэВ, C(x, 0) =Cimpl(x), D = 1015 см-2) и последующего отжига в течение 1 ч при температурах T, C: 1 — 950 (слабо легированный Si) и где C(x, t) — концентрация, D — коэффициент диффузии (сильно легированный Si), 2 — 1075 (слабо легированный Si) (параметр моделирования), Cimpl(x) — распределение и 1150 (сильно легированный Si).

примеси после имплантации, x — координата. Граничное условие соответствует приближению диффузии в полубесконечный кристалл.

В этой связи интерес представляет сопоставление Краевая задача (1) решалась численно с использованипрофилей фосфора после отжига при температурах ем неявной разностной схемы повышенной точности [8].

и 1075C в слабо легированном кремнии с профилями Полученные в результате коэффициенты диффузии предфосфора в сильно легированном бором кремнии, но поставлены в таблице, а соответствующие расчетные крисле отжига при повышенной температуре, а именно вые показаны на рис. 1, 2 штрихпунктирными линиями.

и 1150C соответственно (рис. 3). Из рисунка видно, В сильно легированном бором кремнии при низких что указанные пары профилей в пределах погрешности температурах отжига, когда экспериментальные профили эксперимента совпадают. Таким образом, в случае сильно распределения фосфора не расплываются, удалось оцелегированного кремния для формирования такого же нить только верхнюю границу коэффициента диффузии диффузионного потока, как в слабо легированном крем- (см. таблицу), выше которой расчетный профиль начинии, необходима дополнительная термическая активация.

нает заметно расплываться.

Следует также отметить, что в тех случаях, когда фоновой примесью является бор, на его исходно плоском Значения параметров моделирования (коэффициентов диффупрофиле в области, затронутой имплантацией, одноврезии) экспериментальных профилей распределения примеси менно с отмеченными выше процессами наблюдается в слабо и сильно легированном кремнии накопление бора в максимумах (рис. 1), характерных для осциллирующих структур распределения примеси [1–4]. DP, DP, 10-15см2/с DB, см2/с DB, см2/с T, C 10-14см2/с (сильное леги- (сильное легиКак показано ранее [3], появление этих максимумов на (КЭФ-7.5) (КДБ-10) рование B) рование P) участках вблизи границ разупорядоченной облучением области обусловлено реакциями кластеризации избыточ900 1.7 < ных (над пределом растворимости) межузельных атомов 950 2.3 < бора и стоком на возникающие кластеры подвижных 1000 3.7 < атомов бора. Избыточная концентрация межузельных 1075 15 23 1.5 · 10-13 1.5 · 10-1150 57 атомов бора на этих участках создается за счет реакции 2 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 658 Е.Г. Тишковский, В.И. Ободников, А.А. Таскин, К.В. Феклистов, В.Г. Серяпин В слабо легированных образцах коэффициенты диффу- образом, единственным свободным параметром моделизии соответствуют литературным данным, хотя в начале рования является энергия связи пары E, поскольку коисследованного температурного диапазона полученные эффициенты диффузии для этих примесей уже найдены значения систематически немного превышают известные в слабо легированном кремнии.

данные, что принято связывать с влиянием высвобо- При моделировании процессов в сильно легированном ждающихся в процессе отжига дефектов, запасенных в кремнии на каждом временном шаге сначала находилось комплексах после имплантации. пространственное распределение подвижной примеси В сильно легированном кремнии полученные таким же путем вычитания из полной концентрации примеси конобразом значения эффективных коэффициентов диффу- центрации неподвижных пар, найденной в каждой точке зии оказываются значительно меньше, чем в слабо леги- пространственной сетки в соответствии с соотношенированном кремнии при тех же условиях отжига. Так же, ями (2), (3). Затем вычислялось перераспределение как и в [5,6], эти отличия не удается удовлетворительно подвижной примеси на следующем слое временной сетки описать в рамках многопотоковой диффузии с учетом за счет диффузии.

внутренних электрических полей [9,10]. Расчетный профиль, моделирующий экспериментальРазличие в диффузионных профилях распределения ный профиль P в присутствии высокой концентрации фоодной и той же примеси в сильно и слабо легированном новой примеси B с учетом образования пар, изображен кремнии (рис. 1–3) в нашем случае удается описать с по- на рис. 1 штриховой линией. Соответствующие значения мощью механизма образования неподвижных примесных энергии связи составили 0.6 эВ для температуры 1150C пар {РВ}. Эффективное образование таких пар в сильно и 0.7 эВ для температуры 1075C. Для температур отлегированном кремнии уменьшает количество подвиж- жига 1000C и ниже, когда профиль распределения P ной и участвующей в диффузионном потоке примеси. в сильно легированном бором кремнии не отличается Мы предполагаем, что в этом случае механизм диффузии от имплантированного, можно определить лишь границу остается неизменным, что качественно согласуется с энергии связи, ниже которой профиль начинает заметно тем, что один и тот же профиль распределения может расплываться. Для 1000C она составила величину побыть получен либо при высоком уровне легирования рядка 0.8 эВ.

и повышенной температуре отжига, либо при низком Аналогичным образом — моделированием с учетом уровне легирования и более низкой температуре (рис. 3). образования пар — был получен и профиль распредеСледовательно, для описания совместно протекающих ления B в кристалле, где высокая фоновая концентрапроцессов диффузии и образования пар {РВ} можно ция была задана примесью фосфора (рис. 2, штриховая воспользоваться значениями коэффициентов диффузии, линия). Энергия образования пар при этом составила определенными экспериментально в слабо легированном 0.8 эВ.

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.