WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8 Природа центров Ec - 0.37 эВ и образование высокоомных слоев в Si n-типа проводимости © О.В. Наумова, Л.С. Смирнов, В.Ф. Стась Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 20 декабря 1996 г. Принята к печати 4 февраля 1997 г.) Методами DLTS и Ван-дер-Пау проведено исследование формирования центров Ec-0.37 эВ, ответственных за образование высокоомных слоев в облученном электронами и отожженном в температурном интервале 80 320C n-Si. Анализ экспериментальных данных позволил сделать вывод о составе центров Ec - 0.37 эВ ([V –O–C]) и заключить, что их формирование стимулировано потоком межузельных атомов кремния (I) и углерода (Ci) от границы раздела в объем полупроводника в процессе отжига с прохождением следующих реакций:

1) I + Cs Ci, Ci +[V-O] [V-O-C] (доминирующая реакция), 2) I + V2 V, V +[C-O] [V -O-C].

Вблизи поверхности кремния дефектно-примесные ре- захватываются уже имеющимися в объеме комплексами акции имеют особенности, определяемые характеристи- [C–O] [9], 2) подвижные вблизи поверхности комплексы ками исходного материала, механическими и химически- вакансия–кислород взаимодействуют с кислородом [10], ми операциями, термическими и радиационными услови- 3) во время отжига вблизи поверхности образуются ями обработок. Исследованию этих реакций посвящено дивакансии, диффундирующие затем в объем и взаимодовольно много работ (см., например, [1–3]). Так, действующие с кислородом либо с не отожженными еще ранее был обнаружен эффект формирования высокоA-центрами [11].

омного приповерхностного слоя (ВПС) при отжигах обУчастие кислорода в процессе комплексообразования лученного электронами кремния в диапазоне температур подтверждалось тем фактом, что центр Ec - 0.37 эВ 180 300C [2]. Установлено, что эффект наблюдается наблюдается в кремнии, выращенном по методу Чотолько в кислородсодержащем (выращенном по методу хральского, но не проявляется в ”бескислородном” (с Чохральского) кремнии и ответственным за образова- -концентрацией кислорода NO 1016 см ) кремнии ние ВПС являются центры с энергетическим уровнем (отметим, что участие кислорода является необходимым, Ec - 0.37 эВ. Обнаружено [4], что в -облученном но не достаточным условием: в некоторых образцах кремнии имеет место корреляция между формированием с концентрацией кислорода до 1018 см-3 образование центров Ec - 0.37 эВ и отжигом комплексов вакансия– ВПС не наблюдается). Чтобы установить, являются ли кислород (A-центров). Удивительным в эффекте форкомплексы Ec - 0.37 эВ моно- либо мультивакансионмирования ВПС были не только низкие температуры ными, входит ли в их состав углерод, необходимы прохождения реакций, но и то, что он появлялся снова экспериментальные данные 1) о поведении при отжиге при послойном стравливании, если только температура радиационных дефектов (РД), содержащих вакансии, и длительность отжигов не превышали необходимых для 2) о зависимости эффекта от концентрации углерода полного исчезновения A-центров [2]. И несмотря на то (примеси, охотно вступающей в реакции с вакансиями что эффект исследовался довольно подробно и известен и кислородом [7] и обычно присутствующей в кремнии давно, природа и механизм формирования высокоомв больших концентрациях — NC 5 · 1016 1017 см-3).

ных приповерхностных слоев при низкотемпературных Поэтому цель настоящей работы заключалась в более ( 900C) обработках облученного кремния до сих пор детальном исследовании поведения центров Ec - 0.37 эВ не установлены.

в сравнении с другими вакансионно-содержащими комПо данным электронного парамагнитного резонанса плексами в кремнии с контролируемым содержанием и инфракрасной спектроскопии в объемном материале углерода.

кремния отжиг комплексов вакансия–кислород связан Исследования проводились на материале марок с формированием центров [C–O–V2] [5], [V–O2] [6,7], КЭФ-1, КЭФ-4.5 и БКЭФ-4.5 (”бескислородном” крем[V–O–C] [7], V3O [8]. Последнее послужило поводом нии с NO 1016см-3). В исходных образцах для авторов ряда работ предположить, что дефектами, КЭФ-1 и КЭФ-4.5 концентрация кислорода составляла ответсвенными за образование высокоомных слоев вблиNO 1018 см-3, концентрация углерода NC < 3 · 1015 и зи границ раздела, являются комплексы [C–O–V2] [9], 5 · 1016 см-3 соответственно. Часть ”безуглеродных” [V–O2] [10], V2O, V3O [11]. Механизм формирования образцов из КЭФ-1 подвергалась ионной имплантации этих комплексов связывался со следующим. Вблизи углерода или азота (энергия ионов E = 200 кэВ, дозы границ раздела при воздействии полей механических 1 = 1013 см-2, 2 = 5 · 1013 см-2) и отжигу при темпенапряжений вакансионные комплексы отжигаются при более низких температурах, чем в объеме полупро- ратуре Ta = 900C в течение ta =30 мин. Все образцы водника. В результате: 1) освобождающиеся вакансии облучались электронами с энергией E = 3.5МэВ на 7 994 О.В. Наумова, Л.С. Смирнов, В.Ф. Стась импульсном ускорителе ”Микротрон” в режиме: частота следования импульсов = 100 Гц, длительность одного импульса ti = 3 мкс, температура облучения Tirr = 300 K. После облучения и отжигов (изотермических или изохронных в интервале 80 320C с шагом Ta = 20) проводились имзерения удельного сопротивления методом Ван-дер-Пау и пространственного распределения концентрации РД по глубине структур методом DLTS [12] (для DLTS-измерений напылением золота формировались барьеры Шоттки или предварительно создавались p+-n-структуры методом диффузии бора на глубину 2 3мкм).

Экспериментальные результаты и обсуждение Рис. 2. Пространственное распределение концентрации N На рис. 1 представлены результаты изохронного отжицентров Ec - 0.37 эВ по глубине x p+-n-структур в процессе га кремния с различным содержанием углерода. изохронного отжига. Шаг изменения температуры Ta = 20, Как и следовало ожидать, для пластин КЭФ-4.5 с время отжига ta = 20 мин. Ta, C: 1 — 120, 2 — 160, 3 — 180, 4 — 200, 5 — 220, 6 — 240, 7 — 260, 8 — 280, 9 — 300, NC 5 · 1016 см-3 в диапазоне 180 220C наблю10 — 320. a — U = 0В, b — U = 20 В. Доза электронов дался рост удельного сопротивления с увеличением e = 3 · 1015 см-2.

температуры отжига (на материале марки БКЭФ-4.5 эффект образования ВПС не проявлялся). DLTS-измерения показали (рис. 1, вставка), что в исследуемом материале увеличение действительно коррелирует с от- На образцах с NC < 3 · 1015 см-3 (рис. 1, кривая 4) жигом A-центров и увеличением концентрации центров эффект вообще не наблюдался. Формирование высокоEc-0.37 эВ. Причем в пределах погрешности измерения омного слоя на безуглеродных образцах наблюдалось изменение концентрации центров Ec - 0.37 эВ соответ- лишь после ионной имплантации углерода (кривые 2, 3).

ствует изменению концентрации A-центров (см. также Отметим, что при используемых режимах облучения и работы [2,4]). активационного отжига концентрация имплантированного углерода составляла 4·1016 и 2·1017 см-3 для доз 1 и 2 соответственно (NC =i/d, где d по данным SIMS [13] для используемых режимов 2.5мкм). Таким образом, высокоомный слой образовывался при условии, что концентрация углерода имела значение, характерное для материала, выращенного по методу Чохральского ( 5 · 1016 1017 см-3).

Для контроля безуглеродные образцы облучались азотом в том же диапазоне доз. Эффект увеличения не проявлялся. Кроме того, на образцах КЭФ-1, облученных углеродом дозой 2 = 5·1013 см-2, проводились следующие операции: 1) отжиг при 400C в течениие 30 мин — для удаления радиационных дефектов, 2) травление в СР-4 со снятием слоя 10 мкм — для удаления области, содержащей углерод, 3) повторное облучение электронами дозой e = 1016 см-2, 4) изохронный отжиг. Увеличения с ростом температуры отжига не наблюдалось, но те же операции, проделанные на материале КЭФ-4.5, приводят к повторному образованию высокоомного слоя.

Это, по нашему мнению, свидетельствует об участии Рис. 1. Удельное сопротивление при изохронном отжиге углерода в формировании центров Ec - 0.37 эВ.

кремния: 1 —КЭФ-4.5, NC 5 · 1016 см-3, доза электронов Возникает вопрос — каково при этом распределеe = 1 · 1016 см-2; (2–4) —КЭФ-1, NC <3 · 1015 см-3, доза ние концентрации вакансионных комплексов и центров электронов e = 3 · 1016 см-2; облучение углеродом дозой, Ec - 0.37 эВ по глубине структур. На рис. 2 приведены см-2: 1, 4 —0, 2 —5 · 1013, 3 —1 · 1013. На вставке — зависиданные DLTS относительно распределения концентрации мость концентрации NA-центров (1) ицентров Ec-0.37 эВ (2) центров Ec - 0.37 эВ по глубине p+-n-структур. Из от температуры отжига на расстоянии x = 1.5мкм от границы характера распределения центров на начальной стадии раздела p+- и n-областей.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Природа центров Ec - 0.37 эВ и образование высокоомных слоев в Si n-типа проводимости формирование центров Ec - 0.37 эВ не влияет на отжиг комплексов вакансия–фосфор: отжиг их начинается с 120C и форма профилей распределения концентрации с Ta практически не изменяется. Кроме A-центров более эффективно (начиная с Ta = 180C) в слоях, прилежащих к границе p+-n-перехода, отжигаются дивакансии V2. Обращает на себя внимание следующее: 1) градиент концентрации V2 направлен не от поверхности в объем, как предполагалось в работе [11], а наоборот, и, следовательно, формирование центров Ec - 0.37 эВ на глубинах в десятки микрон нельзя связывать с диффузией дивакансий в объем полупроводника, 2) отжиг комплексов V –O, V2 наблюдается начиная с T 180C не только в слоях, прилежащих к границе раздела p- и n-областей, но и на глубинах x 1 мкм, где нет полей механических и электрических напряжений границы раздела.

Однако в таких условиях (для объемного материала) A-центры, в кремнии стабильны до 300C, дивакансии — до 250C [14]. Это заставляет думать, что и A-центры и V2 отжигаются при данных температурах, взаимодействуя с диффундирующими от поверхности (учитывая характер распределения центров Ec - 0.37 эВ — рис. 2) дефектами или атомами примеси, но не мигрируют как целое до взаимодействия с кислородом [10,11]. Учитывая также, что имеет место корреляция между изменениями концентраций A-центров и центров Ec - 0.37 эВ и что концентрация других вакансионных комплексов много меньше концентрации комплексов вакансия–кислород, мы пришли к выводу, что: 1) ответственные за образование ВПС комплексы являются моновакансионными, 2) A-центр не служит поставщиком вакансий в новый комплекс, а входит в него как целое.

Таким образом, полученные экспериментальные реРис. 3. Относительные изменения концентрации N раззультаты позволяют, с нашей точки зрения, сделать личных дефектов в базе p+-n-структур в процессе изовыбор из ряда возможных комплексов, ответственных за хронного отжига. a: A-центры, N() = 1.7 · 1014 см-3.

b: E-центры, N() = 1.1 · 1013 см-3. c: дивакансии V2, формирование высокоомных слоев вблизи границ раздеN() =0.3 · 1013 см-3. Шаг изменения температуры отжига ла, в пользу комплексов [V–O–C]. Для образования этих Ta = 20, время отжига ta = 20 мин. Указаны значения Ta, C.

комплексов нужны A-центры и поток атомов углерода.

Доза электронов e = 1015 см-2. N() — концентрация Источником подвижного углерода (при T 300 K) радиационных дефектов в объеме до отжига.

в кремнии считаются реакции I + Cs Ci во время облучения, когда в объеме генерируются собственные межузельные атомы I, или во время отжига комплексов, содержащих межузельные атомы [7]. Поэтому логично отжига (при температурах Ta < 220C) можно заклюпредположить, что при отжиге имеет место диффузия от чить, что их образование носит диффузионный характер.

границы раздела в объем полупроводника межузельных Анализ профилей распределения концентрации ценатомов кремния или (и) межузельных атомов углерода с тров Ec - 0.37 эВ по глубине структур после изотерпрохождением следующих реакций:

мических отжигов при Ta < 220C показал, что они соответствуют закону Гаусса. Поэтому логично предпоI + Cs Ci, Ci +[V-O] [V-O-C] ложить, что формирование центров Ec-0.37 эВ связано с (доминирующая реакция), (1) диффузией от границы раздела в объем полупроводника некоего компонента, либо непосредственно входящего в I + V2 V, V +[C-O] [V-O-C]. (2) состав центров, либо стимулирующего их образование при взаимодействии с другими дефектами. Допустим, что во время отжига вблизи границ раздела На рис. 3 приведены зависимости относительного диссоициируют введенные при облучении комплексы меизменения концентрации A-центров, E-центров (ком- жузельных атомов и имеет место диффузия I (либо Ci за плексов вакансия–фосфор) и дивакансий V2 по глубине счет реакции I + Cs Ci) в объем полупроводника. Легдиодных структур после изохронного отжига. Видно, что ко оценить, достаточно ли генерированных облучением 7 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 996 О.В. Наумова, Л.С. Смирнов, В.Ф. Стась межузельных атомов кремния для образования центров никак не сказывается на характере изменения сопроEc - 0.37 эВ по реакции (1). тивления образцов, тогда как нанесение пленки Si3NПри дозе электронов e = 3 · 1015 см-2, скорости вве- сдвигает максимум в область больших температур, а дения межузельных атомов 4см-1 и ”выживаемости” увеличение сравнительно невелико [2]. По данным ра(после аннигиляции с вакансиями) 10% общее число боты [16] межузельный углерод эффективно взаимодейгенерированных I составляет 1015 см-3. Отсюда, ствует с азотом, образуя комплексы Ci–Ns, т. е. пленки если даже в слое толщиной 1 мкм продиссоциируют Si3N4 (в отличие от SiO2) способны пассировать часть все межузельные комплексы, то в объем продиффунмежузельного углерода.

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.