WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 9 |

При малых температурах отжига и малых концентрациях В отношении наиболее значимого из этих дефектов, водорода обычно формируются более глубокие доноры, а имеющего уровни EH3 и HH1, авторы [83] полагают, более высокотемпературный отжиг и высокая концентрачто в его структуру входят два атома водорода, ция водорода приводят к образованию мелких водородтогда как в работе [81] делается вывод, что данный ных доноров [80]. Концентрация возникающих водородрадиационный дефект является комплексом из вакансии содержащих доноров обычно составляет десятые доли и одного атома водорода. Согласно результатам процента от полной концентрации имплантированного исследований [82], водородсодержащие радиационные водорода и имеет верхний предел 1017 см-3. Обрадефекты оказывают существенно более слабое влияние зование мелких водородсодержащих доноров может суна рекомбинацию неравновесных носителей заряда в щественно увеличить проводимость n-Si или уменьшить кремнии, облученном протонами, в сравнении с такими проводимость p-Si вплоть до конверсии типа проводимособственными дефектами, как A-центр и дивакансия.

сти [86,90]. В связи с этим эффект образования водородОтжиг водородсодержащих радиационных дефектов с содержащих доноров необходимо учитывать при изготоглубокими уровнями происходит в диапазоне температур влении приборов, подвергаемых имплантации протонов 100-300C, причем дефект с уровнями EH3 и HHс последующим термическим отжигом при Tann > 300C.

является наиболее термостабильным.

Водородсодержащие термодоноры могут быть специальПомимо водородсодержащих радиационных дефектов но использованы для формирования n-слоев в кремнии с глубокими уровнями в кремнии, облученном проp-типа проводимости [102], однако, по нашему мнению, тонами и прошедшем постимплантационный отжиг в такие структуры с p-n-переходами имеют чрезмерно диапазоне температур Tann 300-550C, наблюдается высокие значения генерационных токов и должны быть образование мелких водородсодержащих доноров [8,80].

Во время такой постимплантационной термообработки дополнительно исследованы на предмет стабильности их в кремнии происходит распад пересыщенного раствора характеристик.

2 Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 786 В.А. Козлов, В.В. Козловский тронных оболочек атомов. При этом механизме скорость образования первичных радиационных дефектов (пар Френкеля) мала. В тех случаях, когда ион теряет энергию до уровня 1 кэВ/нуклон и менее, вероятность его упругого взаимодействия с ядрами атомов кристалла резко возрастает и преобладающим механизмом потерь энергии становится ядерное торможение. На этом этапе торможения скорость введения первичных радиационных дефектов резко возрастает. Распределение концентрации вторичных дефектов близко к распределению концентрации первичных дефектов и неоднородно по глубине облучаемого кристалла. У поверхности концентрация радиационных дефектов сравнительно мала и возрастает Рис. 11. Энергетические уровни радиационных дефектов в запрещенной зоне кремния, возникающие после облучения с удалением от облучаемой поверхности, имея резкий протонами H+, -частицами He++ и электронами.

максимум в области остановки ионов, т. е. на глубине, чуть меньшей длины пробега ионов Rp.

На рис. 12 приведены зависимости длины пробега протонов и -частиц в кремнии от энергии ионов в Подводя итог рассмотрению уровней радиациондиапазоне от 10 кэВ до 10 МэВ. Из рис. 12 видно, ных дефектов в кремнии, облученном протонами и что облучение кремния протонами с энергией в ука-частицами, можно констатировать, что эти типы облузанном диапазоне обеспечивает возможность локального чения приводят к появлению в запрещенной зоне кремлегирования радиационными дефектами слоев кремния ния уровней собственных точечных дефектов, наблюдатолщиной от 0.15 до 700 мкм. Таким образом, облучение емых и в случае облучения кремния электронами или протонами с энергией до 10 МэВ перекрывает весь прак-квантами. Кроме уровней собственных радиационных тически важный диапазон толщин современных кремнидефектов в кремнии, облученном протонами, наблюдаевых полупроводниковых приборов. Типичные профили ются дополнительно уровни водородсодержащих радиараспределения концентрации некоторых радиационных ционных дефектов. Энергетическое положение уровней дефектов в n-Si, облученном протонами с энергией основных радиационных дефектов и их параметры в 320 кэВ и 3.2 МэВ, представлены на рис. 13. Наибольшие кремнии, облученном легкими ионами, приведены на значения концентрации по всей глубине пробега проторис. 11 и в табл. 8. Значения сечений захвата носителей нов в кремнии имеют дефекты с уровнем E1 (A-центры), на уровни радиационных дефектов, представляющиеся причем максимальное значение концентрации данных наиболее верными с точки зрения авторов данного обдефектов, наблюдаемое на глубине Rp от облучаемой зора, выделены в табл. 8 в скобках.

поверхности, в 5-10 раз превышает концентрацию вблизи поверхности. Аналогичные профили распределения 4.1.2. Скорости образования и профили распреконцентрации имеют и другие собственные радиационделения концентрации радиационных дефектов в ные дефекты [81,82,86,87]. Водородсодержащие дефекты кремнии, облученном протонами и -частицами.

(например, дефекты с уровнями EH3 и HH1) наблюОдной из основных особенностей легирования кремния даются только в сравнительно узком слое на глубине радиационными дефектами при облучении легкими ио Rp и не имеют длинного концентрационного ”хвонами по сравнению с электронным или -облучением является локальность радиационного воздействия как по площади, так и по глубине облучаемого кристалла.

Локальность легирования радиационными дефектами по площади полупроводниковой структуры достигается при использовании соответствующих маскирующих покрытий, поглощающих имплантируемые ионы или пропускающие их через окна для облучения. Локальность радиационного воздействия по глубине задается выбором энергии имплантируемых ионов, а характер распределения концентрации дефектов по глубине определяется характером потерь энергии иона при его взаимодействии с кристаллической решеткой. При высоких энергиях легких ионов (более 1 кэВ на нуклон) основным механизмом потерь энергии иона в кристалле является электронное торможение, когда передаваемая кристаллу Рис. 12. Зависимости длины пробега протонов H+ и -частиц энергия расходуется в основном на возбуждение элек- He++ в кремнии от энергии ионов.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами ионов, уменьшаясь с ростом энергии и длины пробега ионов Rp. Так, при энергии протонов 320 кэВ Rp 3мкм, а максимальное значение скорости образования A-центров составляет 1.5 · 104 см-1 [81], тогда как при энергии протонов 3.2 МэВ соответствующие значения составляют 100 мкм и 460 см-1 [82]. Скорость образования дивакансий при протонном облучении в 3–5 раз меньше скорости образования A-центров [81,82,85,87]. При этом обычно наблюдаемые концентрации дивакансии E2 меньше концентрации уровней E3 и H1 при дозах облучения, больших 1010 см-2. По мнению авторов работы [82], состояние дивакансии, имеющее уровень E2, исчезает под воздействием полей упругих напряжений в решетке кремния, возникающих в результате имплантации легких ионов при больших дозах. Поэтому при > 1010 см-концентрация уровней E2 с увеличением дозы облучения увеличивается не линейно, а сублинейно.

Облучение кремния дейтронами или -частицами в сравнении с протонным облучением при прочих равных условиях сопровождается более сильным радиационным повреждением кристалла из-за большей массы иона D+ или He++ в сравнении с H+. По данным работ [81,87], -частица создает примерно в 10 раз больше дефектов в сравнении с протонами той же энергии, причем относительная доля дивакансий в сравнении с A-центрами при облучении -частицами возрастает примерно в 1.5 раза по отношению к случаю облучения протонами [87].

Общей закономерностью облучения кремния легкими ионами при комнатной температуре является то обстоятельство, что число вводимых радиационных дефектов составляет величину порядка 4–6% от общего числа геРис. 13. Профили распределения концентрации радиационных нерированных облучением пар Френкеля. Это свидетельдефектов в кремнии, облученном протонами H+: a —облучествует о высокой вероятности ( 95%) аннигиляции пар ние n-Si протонами с энергией 320 кэВ и дозой 1·1011 см-2 [81];

Френкеля в кремнии при температуре выше комнатной.

b — облучение n-Si протонами с энергией 3.2 МэВ и дозой 5 · 109 см-2 [82].

Кинетика накопления водородсодержащих радиационных дефектов при протонном облучении кремния сложнее кинетики введения собственных радиационных дефектов и исследована существенно меньше. Скорость ста”, тянущегося к поверхности. Максимум концентраобразования водородсодержащих радиационных дефекции водородсодержащих радиационных дефектов лежит тов сложным образом зависит от режимов облучения несколько глубже максимума концентрации собственных и свойств кремния. Для наиболее значимых из этих дефектов [81]. Таким образом, максимальная скорость радиационных дефектов — с уровнями EH3 и HH1 — образования собственных радиационных дефектов в Si авторы работ [81,83] установили, что концентрация тапри облучении легкими ионами наблюдается в области ких дефектов при малых дозах имплантации ионов H+ наибольшей скорости генерации пар Френкеля, тогда как квадратично возрастает с увеличением дозы, а затем скорость образования водородсодержащих дефектов маквыходит на линейную зависимость. При этом изменение симальна в области максимума концентрации импланзакона накопления данных дефектов происходит тогда, тированных ионов H+ или в области, где максимально когда максимальное значение концентрации имплантипроизведение концентраций накапливаемого водорода и рованного водорода примерно в 2 раза превышает конгенерируемых пар Френкеля.

центрацию фосфора [81]. Этот факт, а также обратно Исследование кинетики накопления радиационных де- пропорциональная зависимость концентрации радиацифектов в кремнии при облучении легкими ионами пока- онных дефектов этого типа от концентрации фосфора зало, что концентрация собственных дефектов линейно позволили авторам [81] предположить, что в образовозрастает с увеличением дозы облучения в исследо- вании водородсодержащего дефекта с уровнями EHванном диапазоне < 1012 см-2 [81–83,85]. Скорость и HH1 непосредственное участие принимает комплекс образования радиационных дефектов зависит от энергии фосфор–вакансия, т. е. E-центр.

2 Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 788 В.А. Козлов, В.В. Козловский бенно заметно для слабо легированных кристаллов n-Si при высокой скорости генерации вакансий. В случае, когда генерация вакансий при облучении происходит в слое, где свободные электроны отсутствуют (например, в слое объемного заряда диода Шоттки), первичные вакансии остаются нейтральными и не создают тянущего электрического поля, являющегося причиной уширения пика концентрации вакансионных дефектов. Следуя этой модели, можно предположить, что влияние полевых эффектов на профили распределения вакансионных радиационных дефектов будет ослабляться с уменьшением интенсивности пучка легких ионов и с увеличением энергии ионов, однако данное предположение пока не имеет экспериментального подтверждения.

Подводя итог рассмотрению особенностей радиационного дефектообразования в кремнии при облучении протонами и -частицами, можно заключить, что эти типы облучения обеспечивают возможность локального Рис. 14. Профили распределения концентрации A-центров в n-Si с различным уровнем легирования n после облучения по глубине легирования кремния радиационными депротонами с энергией 320 кэВ и дозой 1 · 1010 см-2 (по данным фектами в слоях толщиной от единиц до сотен миработы [81]). n, 1014 см-3: 1 —1.2, 2 —2.6, 3 —4.2, 4 — 20.

крометров от облучаемой поверхности. При комнатной температуре облучения кремния легкими ионами основными радиационными дефектами, определяющими его свойства, являются точечные дефекты, в состав которых Интересной особенностью радиационного дефектовходят вакансии. Концентрация таких дефектов, а также образования в кремнии при облучении легкими ионами водородсодержащих дефектов при протонном облучении является эффект уширения пика и уменьшения макимеет четко выраженный максимум на глубине Rp от симальной концентрации вакансионных радиационных облучаемой поверхности. Радиационные дефекты влияют дефектов на глубине Rp (рис. 14) при уменьшении на время жизни неравновесных носителей заряда и удельуровня легирования n-Si. Авторы работы [81] показали, ное сопротивление кристалла, и поэтому легирование что максимальная концентрация вакансионных радиацирадиационными дефектами может быть использовано онных дефектов линейно уменьшается с понижением для локального целенаправленного изменения свойств уровня Ферми при изменении концентрации легирующей кремния и характеристик приборов на его основе.

примеси, а уширение пика концентрации радиационных дефектов не наблюдается, если область генерации пар Френкеля при облучении находится в слое объемного за4.2. Применение облучения протонами ряда обратно смещенного диода Шоттки. Наблюдаемые и -частицами в технологии изготовления различия в распределениях концентрации вакансионных кремниевых приборов дефектов нашли объяснение в рамках модели, учитываюОсновной областью практического использования лещей зарядовое состояние первичных вакансий и их дрейф гирования кремния радиационными дефектами при облув электрическом поле, возникающем при облучении чении легкими ионами является уменьшение времени из-за резко неоднородного распределения заряженных жизни неравновесных носителей заряда в структурах вакансий в области их максимальной генерации [81,103].

силовых полупроводниковых приборов ключевого типа:

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 9 |



© 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.