WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 6 Аномальное распределение атомов железа при одновременной имплантации ионов Co+ и Fe+ в кремний © Г.Г. Гумаров, В.Ю. Петухов, В.А. Жихарев, В.А. Шустов, И.Б. Хайбуллин Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Российской академии наук, 420029 Казань, Россия (Получена 13 марта 1996 г. Принята к печати 25 октября 1996 г.) Обнаружено аномальное двугорбое распределение атомов Fe по глубине при одновременной имплантации ионов Fe+ и Co+ в Si при невысоких плотностях ионного тока ( j 10 мкА/см2) и соотношении ионов железа и кобальта в пучке 1 : 3. Образование такого профиля происходит при условии, что время диффузии атомов железа к стокам (поверхности и области линейных дефектов в глубине образца) становится меньше эффективного времени силицидообразования.

Интерес к сложным силицидам в технологии микро- Распределение элементов по глубине для образцов электроники обусловлен широким разнообразием физи- непосредственно после имплантации (без последующих ческих свойств, расширяющих области их использова- обработок), полученное методом оже-электронной спекния. В частности, двойной орторомбический силицид троскопии, показано на рисунке, a. Видно, что про-(Fe1-xCox)Si2 интересен как полупроводник с перемен- фили распределения атомов Co и Fe сильно различаной (в зависимости от x) шириной запрещенной зоны. ются, и это весьма удивительно, так как их атомные В работе [1] была показана возможность формирования массы близки. Расчет распределения, полученный по такого соединения последовательной имплантацией ио- модифицированной программе TRIM для ионов Fe+ и нов Fe+ и Co+ в Si с двухступенчатым термическим Co+, имплантированных в кремний с энергией 40 кэВ, отжигом после каждого шага имплантации. Ранее нами дает практически совпадающие профили с параметрами:

в работах [2,3] была показана возможность синтеза средний проецированный пробег Rp 350, среднее двойного силицида путем одновременной имплантации проецированное отклонение Rp 150. В то время ионов разных 3d-металлов в кремний без какой-либо как профиль распределения атомов кобальта близок к высокотемпературной обработки. теоретически ожидаемому, распределение атомов железа В данной работе изучены фазовый состав ионно- аномально и имеет два явно выраженных максимума синтезированных пленок, а также распределения вне- разной интенсивности, причем первый пик расположен в дренных атомов по глубине, возникающие при одновре- непосредственной близости к поверхности, а второй — менной имплантации ионов Co+ и Fe+ в кремний (при в области границы распределения кобальта в глубине доминировании ионов кобальта в пучке, x = 0.75) как образца. Анализ оже-спектров показывает также наличие до, так и после термической обработки. в приповерхностной области тонкой углеродсодержащей Исходным материалом служили пластины монокри- пленки толщиной 10 20 и пленки оксида кремния толщиной несколько десятков. Электронография на сталлического кремния марки ЭКДБ-10 с ориентацией 56 (111). Имплантация ионов Fe+ и Co+ проводилась отражение для образца после имплантации дает только одновременно из одного источника на установке ИЛУ-3 рефлексы от поликристаллического кубического дисис энергией 40 кэВ и интегральной дозой 2.5 · 1017 см-2. лицида кобальта. Остальные фазы, в том числе и жеПлотность ионного тока составляла 10 мкА/см2, а от- лезосодержащая, по данным электронографии аморфны.

ношение количества ионов Fe+ к количеству ионов Рентгеновские дифрактограммы для образца после имCo+ в пучке соответствовало 1 : 3. Образцы тщательно плантации показали также образование лишь кубической крепились на дюралевой кассете, охлаждаемой водой. фазы CoSi2.

При этом температура образца, измеренная термопарой, В случае бомбардировки кремния при тех же режимах не превышала 100 C. только ионами Fe+ (либо Co+), в отличие от экспериТермический отжиг проводился при температуре ментов по одновременной имплантации ионов двух тиT = 750 C в течение 32 ч в потоке сухого азота. пов, аномального распределения и диффузии из области внедрения не наблюдалось [4,5]. Этот факт указывает Фазовый состав полученных пленок определялся по на решающее влияние атомов кобальта, находящихся в электронограммам на отражение на установке ЭМР-области внедрения, на аномальное распределение атомов при энергиях электронов 50 и 75 кэВ. Исследование более глубоких слоев проводилось методом рентге- железа (при данных режимах имплантации).

новской дифракции в параллельных скользящих лучах Термический отжиг полученных образцов при 750 C (угол = 2) с использованием установки ДРОН-3М. в течение 32 ч приводит к существенному изменению Для определения элементного состава синтезированной профилей распределения внедренных элементов (рисупленки и распределения атомов по глубине применялась нок, b). Именно, происходит стягивание профилей атооже-электронная спектроскопия. мов Fe и Co и их смещение к поверхности. При этом 720 Г.Г. Гумаров, В.Ю. Петухов, В.А. Жихарев, В.А. Шустов, И.Б. Хайбуллин Распределение атомов кобальта (1), железа (2) и их суммарное содержание (3) по глубине образца, полученное методом ожеспектроскопии: a — непосредственно после имплантации; b — после имплантации и термического отжига при 750 С в течение 32 ч.

не происходит заметного изменения толщины углерод- устойчивых зародышей силицидов железа, т. е. увелисодержащей и оксидной пленок. На электронограммах чивают эффективное время силицидообразования для для отожженного образца обнаружены линии, соответ- атомов железа. Вследствие высокой скорости диффузии ствующие фазам CoSi2 и Fe3O4. В то же время ана- в кремнии [8] основная часть атомов железа уходит на лиз спектров рентгеновской дифракции показывает, что стоки, каковыми являются поверхность и приповерхностосновными фазами ионно-синтезированной пленки после ный слой, а также область линейных дефектов в глубине термического отжига являются CoSi2 и -FeSi2.

образца [9].

Неклассический имплантационный профиль, подобПри имплантации только ионов железа в кремний, линый приведенному на рисунке, a для атомов железа, был бо при имплантации в режиме, когда в пучке доминируют получен также в [6] при имплантации только ионов Ni+ ионы железа, эффективное время силицидообразования в Si. Такой эффект авторы объяснили исключительдля атомов железа существенно меньше и двугорбого но эффектом диффузии к стокам, каковыми являются распределения не образуется.

поверхность подложки и область линейных дефектов, Как известно [10], после термического отжига при находящаяся за нормальным профилем распределения T > 700 C происходит отжиг линейных дефектов.

имплантированных атомов. В рассматриваемой нами одПоэтому при длительном термическом отжиге (750 C) новременной имплантации ионов двух типов в кремний атомы Fe и Co мигрируют в область гранулярной пленки мы учитывали также процессы фазообразования. СоCoSi2, являющейся теперь стоком, достраивая дисилицид гласно [7], диффузия атомов Fe к поверхности (или к кобальта и образуя силицид железа с оставшимся кремдругого рода стокам) возможна, если для них в процессе нием. Эффект стягивания профиля имплантированных имплантации выполняется условие атомов при образовании силицидов после термического отжига наблюдался также и рядом других автоd

ления первично внедренных атомов до стоков, D — коэффициент диффузии внедренных атомов; c — харак- Таким образом, в данной работе обнаружено аномальное двугорбое распределение атомов Fe по глубине при теристическое время комплексообразования, в данном одновременной имплантации ионов Fe+ и Co+ в Si при случае образования комплекса Fe–Si. Вследствие малой невысоких плотностях ионного тока ( j 10 мкА/см2) растворимости 3d-металлов в кремнии [8] образование вторичных фаз (силицидов) начинается уже при малых и соотношении количества ионов железа и кобальта в дозах имплантации. Так как плотность потока ионов Co+ пучке 1 : 3. Образование такого профиля происходит при в пучке втрое превышает плотность потока ионов Fe+, условии, что время диффузии атомов железа к стокам в процессе имплантации в области внедрения домини- (поверхности и области линейных дефектов в глубине руют кобальтсодержащие частицы (CoSi2). Вероятно, в образца) становится меньше эффективного времени сипроцессе имплантации они препятствуют образованию лицидообразования.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Аномальное распределение атомов железа при одновременной имплантации ионов Co+ и Fe+ в кремнийВ заключение авторы выражают благодарность В.Ф. Маковскому за получение оже-электронных спектров.

Работа выполнялась в рамках Государственной научнотехнической программы ”Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники”, проект № 142/57/2.

Список литературы [1] E. Wieser, D. Panknin, W. Skorupa, G. Querner, W. Henrion, J. Albrecht. Nucl. Instr. Meth. B, 80/81, 867 (1993) [2] В.Ю. Петухов, И.Б. Хайбуллин, Г.Г. Гумаров. Тез. докл. I Рос. конф. по физике полупроводников (Н. Новгород, 1993) т. 2, с. 353.

[3] Г.Г. Гумаров, В.Ю. Петухов, В.А. Шустов, И.Б. Хайбуллин.

Высокочистые вещества, № 2, 95 (1995).

[4] V.Yu. Petukhov, I.B. Khaibullin, M.M. Zaripov, R. Groetzschel, H. Voelskow, R. Klabes. Phys. St. Sol. (a), 96, (1986).

[5] K. Radermacher, S. Mantl, Ch. Dieker, H. Holzbrecher, W. Speier, H. Luth. Proc. MRS (1992) v. 235, p. 273.

[6] M.F. Wu, J. De Wachter, P. Hendrickx, A.-M. Van Bavel, H. Pattyn, G. Langouche, J. Vanhellemont, H. Bender, M. Maenhoudt, Y. Bruyseraede. Appl. Phys. Lett., 63, (1993).

[7] В.Л. Винецкий, Г.А. Холодарь. Радиационная физика полупроводников (Киев, Наук. думка, 1979).

[8] В.М. Глазов, В.С. Земсков. Физико-химические основы легирования полупроводников (М., Наука, 1967).

[9] V.Yu. Petukhov, I.B. Khaibullin, M.M. Zaripov, E. Wieser, R. Groetzschel, H. Bartsch. Phys. St. Sol. (a), 117, 477 (1990).

[10] K. Seshan, J. Washburn. Rad. Eff., 37, 147 (1978).

[11] C.W.T. Bulle-Lieuwma, A.H. Van Ommen, L.J. van IJzendoorn. Appl. Phys. Lett., 54, 244 (1989).

[12] F. Namavar, N.M. Kalkhoran, J.M. Manke, L. Luo, J.T. McGinn. Proc. MRS (1992) v. 235, p. 285.

Редактор Л.В. Шаронова Anomalous distribution of iron atoms at simultaneous implantation of Co+ and Fe+ ions into silicon G.G. Gumarov, V.Yu. Petukhov, V.A. Zhikharev, V.A. Shustov, I.B. Khaibullin Zavoisky Physical-Technical Institute, Russian Academy of Sciences, 420029 Kazan, Russia

Abstract

An anomalous double-peak depth distribution of iron atoms at simultaneous implantation of Co+ and Fe+ ions into silicon at low ion current densities ( j < 10 µA/cm2) and correlation of Co+ : Fe+ = 3 : 1 in the beam has been revealed. The rise of this iron profile takes place when the time of diffusion of the atoms to getters (the surface and the end of range defects) is less then an effective time of silicide formation.

e-mail: gumarov@ksc.iasnet.ru 6 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.