WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 6 Кинетика перераспределения примеси в квазипериодических структурах, возникающих в сильно легированном бором кремнии, облученном ионами бора © А.М. Мясников, В.И. Ободников, В.Г. Серяпин, Е.Г. Тишковский, Б.И. Фомин, Е.И. Черепов Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 8 ноября 1995 г. Принята к печати 24 октября 1996 г.) Проведен анализ кинетики перераспределения примеси между фрагментами квазипериодического распределения бора, возникающего в сильно легированном бором кремнии в результате его облучения ионами бора и последующего отжига. Установлено, что при прогревах при температурах 900 1075C в областях кремния, содержащих квазипериодические структуры, при сохраняющемся интегральном количестве бора происходит его миграция, сопровождающаяся захватом примеси на участках с фиксированным положением в пространстве. Показано, что стадия формирования квазипериодического распределения примеси в интервале времен 10 240 мин при 900C аналогична стадии коалесценции пересыщенного твердого раствора внедрения.

Введение В экспериментах по исследованию термической стабильности квазипериодических структур, возникающих В работе [1] было установлено, что в результате на концентрационных профилях бора, в качестве исходотжига при температуре 900C образцов сильно ле- ных использовались образцы, изготовленные по методу, 10 гированного бором кремния, облученных ионами B+ который полностью аналогичен примененному в [1]. В с энергией 180 кэВ дозой 1016 см-2, в области, под- пластины кремния КЭФ-7.5 с ориентацией поверхности вергавшейся имплантации ионов, на концентрационных (100) при температуре 1150C проводилось диффузипрофилях обоих изотопов бора образуется квазипери- онное внедрение бора так, что до глубины в несколько одическая структура, состоящая из пяти максимумов. микрометров создавалась область равномерного легироФормирование квазипериодической структуры условно вания с концентрацией бора порядка 2· 1020 см-3. Затем может быть разделено на 2 стадии. На быстрой 1-й стадии с использованием установки HVEE-400 проводилась имвозникают позиции для накопления бора, по-видимому, плантация ионов B+ дозой 1016 см2 с энергией 180 кэВ.

связанные со спонтанным образованием боросодержа- Для формирования осциллирующего по глубине распрещих кластеров. На 2-й стадии происходит сравнительно деления бора проводился отжиг облученных пластин при медленный процесс накопления бора в выделившихся в температуре 900C в течение 1 ч и из подготовленных пространстве позициях за счет стока подвижного компо- таким образом пластин вырезались исходные образцы.

нента примеси на кластеры.

Контрольные измерения набора исходных образцов Цель данной работы — анализ кинетики перераспреде- показали, что в облученной ионами области концентраления примеси между фрагментами структуры на 2-й ме- ционные профили обоих изотопов бора представляют дленной стадии окончательного формирования профиля собой квазипериодические структуры, состоящие из пяти неоднородного распределения примеси и исследование максимумов (рис. 1, a), как это наблюдалось и в рабостабильности осциллирующих распределений бора по те [1]. При этом было установлено, что пространственотношению к термообработке. ные распределения изотопов бора, полученные на разных образцах, практически не различаются, расходясь лишь в мелких деталях, в том числе и для образцов, вырезанных Эксперимент из разных пластин.

Созданные указанным выше способом исходные образРаспределение примеси по глубине образцов исслецы отжигались при температурах 950, 1000, 1075, довалось методом масс-спектрометрии вторичных ионов и 1200Cв течение 30 мин.

с использованием установки MIQ-256 (Cameca-Riber).

При измерениях наряду с выходом вторичных ионов 10 11 B+ и B+ регистрировался и выход Si+, по которо- Экспериментальные результаты му контролировалось постоянство скорости травления.

Первичный пучок ионов O+ имел энергию 13 кэВ. Для Исследования термической стабильности квазипериустранения вклада вторичных ионов бора, выбитых из одических структур, представленных на рис. 1, a, постенок кратера, анализируемый сигнал снимался с его казали, что пространственное положение максимумов центральной области, составляющей 10% от площади сохраняется при прогревах в интервале температур сканирования первичным ионным пучком. 950 1075C. При этом с повышением температуры 704 А.М. Мясников, В.И. Ободников, В.Г. Серяпин, Е.Г. Тишковский, Б.И. Фомин, Е.И. Черепов отжига (рис. 1, b) концентрационные профии изотопов 10 B и B, исходно отличавшиеся друг от друга, имеют тенденцию к совпадению. Условия облучения изотопом B (энергия E и доза D) были выбраны таким образом, чтобы интегральное количество обоих изотопов бора в облученной ионами области было примерно одинаковым 10 (1.86 · 1016 см-2 для B и 1.85 · 1016 см-2 для B.

Ширина этой области, равная примерно 900 нм, была определена в контрольном эксперименте по облучению пластин кремния КЭФ-7.5. Концентрация имплантированной примеси на этой глубине составляла примерно 1016 см-3 и соответствовала порогу чувствительности методики по изотопу B.

Тенденция к совпадению профилей свидетельствует, что при прогревах происходит миграция атомов бора, приводящая к пространственному перемешиванию изотопов и их захвату в областях, на которые приходятся максимумы в распределении бора. Центры, захватывающие примесь, сохраняют свою эффективность по крайней мере до температуры 1075C. При этом в области до 900 нм интегральное количество атомов бора в результате прогревов при температуре до 1075C в пределах 10% остается неизменным.

С повышением температуры отжига до 1150C (рис. 1, c) резко уменьшаются амплитуды четырех боковых максимумов, тогда как величины центральных максимумов для обоих изотопов уменьшаются незначительно. Отжиг при 1200C приводит к полному исчезновению квазипериодической структуры. Эти процессы сопровождаются уменьшением интегрального количества примеси в области, где ранее было сосредоточено основное количество имплантированной примеси.

На рис. 2 и 3 представлены результаты обработки экспериментальных данных, полученных в работе [1], характеризующие пространственную перегруппировку атомов бора в зависимости от времени отжига при температуре 900C. На рис. 2 показан процесс накопления атомов бора в максимумах осциллирующего распределения. Прирост суммарной концентрации обоих изотопов B во всех пяти максимумах с течением времени удовлетворительно описывается одной и той же зависимостью:

Bmax = A ln(t/t1) +N, (1) где t — время, t1 = 600 с, A и N — не зависящие от времени параметры, характерные для каждого максимума.

На рис. 3 показаны изменения суммарной по изотопам концентрации в ближайших к центру структуры минимумах, удовлетворяющие зависимости:

Bmin = K exp(-t), (2) где для левого минимума K = 5.0 · 1020 cм-3, Рис. 1. Концентрационные профили изотопов B (1 — B, = 5.2 · 10-5 с-1, а для правого минимума — 2 — B) в кремнии с исходной концентрацией B 2 · 1020 см-3, K = 6.7 · 1020 см-3, = 3.9 · 10-5 с-1.

полученные в результате имплантации ионов B и отжига при Характерно, что при наблюдаемых и в этом эксперитемпературе T = 900C, и в течение времени t = 60 мин.

менте перегруппировках атомов бора их интегральное Дополнительный отжиг при t = 30 мин и T, C: b — 1075, количество в области шириной примерно до 900 нм в c — 1150.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Кинетика перераспределения примеси в квазипериодических структурах... Рис. 3. Изменение суммарной концентрации изотопов B в Рис. 2. Изменение суммарной концентрации изотопов B в максимумах распределения примеси B в зависимости от вре- ближайших к центру минимумах распределения примеси в зависимости от времени отжига при T = 900C. 1 — левый мени отжига при Е = 900C. Номера у кривых соответствуют минимум, 2 — правый минимум (см. рис. 1).

номерам максимумов на рис. 1, a.

пределах 10% остается постоянным. Следует отметить, Если эту примесную подсистему рассматривать как что в глубине пластины за пределами этой области — на пересыщенный твердый раствор, то оказывается, что отпродолжении плоской части исходного диффузионного меченные выше особенности перераспределения примепрофиля и на его фронте — сравнимых по величине си, в совокупности, хорошо вписываются в рамки теории изменений в распределении примеси не наблюдается.

коалесценции пересыщенных твердых растворов, развитой в работе [6]. Происходит характерный для стадии коалесценции диффузионный обмен веществом между Обсуждение зернами, изменяющий распределение зерен по размерам, в результате чего постепенно снимается пересыщение.

Экспериментальные данные, полученные в работе [1] Наличие нескольких мест преимущественной кластерии в настоящей работе, показывают, что значительные зации приводит лишь в кому, что в области максимумов изменения профилей распределения бора, анализируеструктуры увеличивается размер зерен и соответственно мые в данной работе, при температурах ниже 1075C снимается пересыщение по межузельному компоненту. В происходят только в самой облученной ионами области области минимумов, наоборот, происходит растворение и в непосредственной близости от ее условных границ, зерен, приводящее к освобождению примеси. Возникают. е. локализованы в пространстве. Эти процессы идут щий градиент концентрации выравнивается диффузионв системе с выделенными участками, содержащими заным перемещением примеси аналогично тому, как это хватывающие примесь центры, представляющие собой, происходит в однородном растворе между отдельными по-видимому, боросодержащие кластеры. При этом во зернами [6].

время прогревов бор как стекает на кластеры, так и Если имеющийся в данный момент времени в области уходит с них.

конкретного максимума структуры ансамбль преципиКак следует из работ [2–4], в случае отжига при татов, вследствие узости их функции распределения по 900C релаксация подсистемы неравновесных элеменразмерам [6], представить набором одинаковых зерен с тарных дефектов, введенных при имплантации ионов, радиусом, равным среднему радиусу преципитатов rp, то завершается за времена, гораздо меньшие 10 мин. Тогда процесс накопления примеси в максимумах структуры можно полагать, что наблюдаемые в интервале времени 10 240 мин процессы перегруппировки примеси опре- приближенно можно свести к квазихимической реакции деляются главным образом поведением компонентов не- взаимодействия подвижного компонента B1 с центрами захвата радиуса rp. Концентрация центров захвата при равновесной примесной подсистемы: атомов бора в узлах и в нерегулярных положениях (по-видимому, в междо- этом будет определяться средним количеством преципиузлиях), а также атомов бора в связанном состоянии, татов Np, имеющихся в районе конкретного максимума по-видимому, в преципитатах [5]. в данный момент времени.

5 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 706 А.М. Мясников, В.И. Ободников, В.Г. Серяпин, Е.Г. Тишковский, Б.И. Фомин, Е.И. Черепов В приближении реакции, лимитированной диффузией подвижного компонента, скорость изменения концентрации в максимуме пропорциональна размеру области взаимодействия, концентрациям и относительной подвижности реагирующих компонентов [7]:

dBp = 4Drp(t)B1(t)Np(t), (3) dt где Bp — концентрация бора в максимуме структуры, D — коэффициент диффузии подвижного компонента, rp(t) — средний радиус преципитата, B1(t) — концентрация подвижного компонента, Np(t) — концентрация преципитатов. В соответствии с [6] входящие в состав выражения (3) переменные Np(t), rp(t) и B1(t) удовлетворяют приведенным далее соотношениям QNp(t) = t-1, (4) 2D Рис. 4. Корреляция концентрации имплантированного B N где Q0 — начальное пересыщение по подвижному ком(сплошная линия) и скорости прироста концентрации примеси поненту бора, — параметр, характеризующий межфазQ0 (значки) в максимумах структуры.

ную границу между кристаллом и преципитатом;

1/rp(t) =rc0 D t1/3, (5) в пересыщенном твердом растворе атомов бора, находящихся в нерегулярных положениях решетки кремния.

где rc0 — критический радиус, соответствующий начальВыше отмечалось, что изменение концентрации в миному пересыщению. Поскольку пересыщение в данный нимумах структуры регулируется главным образом дифмомент времени Q(t) определяется концентрацией пофузионным стоком освобождающегося из преципитатов движного компонента, имеем также вещества на ближайшие максимумы, являющиеся как бы поглощающими стенками для подвижного компонента.

92 1/Как известно [8], в ограниченном пространстве между B1 Q(t) = t-1/3. (6) Drcдвумя соседними максимумами соответствующая краевая задача для уравнения диффузии имеет экспоненциПодставляя (4)–(6) в (3) и интегрируя от начала стадии ально спадающее по времени решение. Тогда показатели коалесценции до текущего момента времени, приходим экспоненты в экспериментальной зависимости (2) можно к логарифмической зависимости, аналогичной (1) сопоставить с собственными значениями этой задачи:

Bp(t) - Bp0 = CQ0 ln(t/t0), (7) m = m2 D (m = 1, 2, 3,... ), (8) где t0 — момент начала стадии коалесценции, Bp0 — hконцентрация примеси в преципитатах в этот момент, где h — расстояние между плоскостями, на которых C — численный коэффициент. Из (7) следует, что наклон заданы граничные условия. Приближенно принимая в зависимостей, приведенных на рис. 2, пропорционален качестве h расстояние, равное среднему периоду струкначальному пересыщению Q0. Начальное пересыщение туры 95 нм, при m = 1 получим оценку сверху для в нашем случае задается в основном профилем внекоэффициента диффузии подвижного компонента бора дренной примеси. Следовательно, должна наблюдаться внутри возмущенной облучением области:

корреляция между начальными степенями пересыщения, — по минимуму слева от центрального максимума рассчитанными в соответствии с (7) по данным, предD 5 · 10-16 см2/с, ставленным на рис. 2, и экспериментальным профилем — по минимуму справа — D 4 · 10-16 см2/с.

распределения имплантированной примеси. Как видно из Полученные оценки находятся в удовлетворительном рис. 4, где проведено такое сопоставление, корреляция согласии с имеющимися экспериментальными данныдействительно наблюдается, несмотря на, в значительной мере, приближенный характер рассмотрения, проведен- ми [9–13] по диффузии бора в кремнии в условиях, когда ного выше. не наблюдается зависимости формы профиля распредеТаким образом, приближенный анализ процесса на- ления примеси от концентрации последней. Усредненная копления примеси в максимумах структуры показывает, по данным работ [9–13] температурная зависимость кочто эта стадия формирования квазипериодической струк- эффициента диффузии бора дает для температуры 900C туры в общих чертах аналогична явлению коалесценции значение 9.9 · 10-16 см2/c.

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.