WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 9 Электрические свойства кремния, термообработанного при 530C и облученного электронами © В.Б. Неймаш, В.М. Сирацкий, А.Н. Крайчинский, Е.А. Пузенко Институт физики Национальной академии наук Украины, 252650 Киев, Украина (Получена 16 декабря 1997 г. Принята к печати 17 февраля 1998 г.) Методами емкостной спектроскопии глубоких уровней и эффекта Холла исследовано влияние термообработки при 530C и последующего электронного облучения на электрические параметры монокристаллического кремния. Определено, что температура 530C соответствует минимальной эффективности генерации кислородсодержащих термодоноров в интервале 500 600C. Показано, что термодефекты, образующиеся при 530C (КТД-530), не влияют на образование основных типов вторичных радиационных дефектов при последующем электронном облучении. Установлено, что спектр уровней КТД-530 имеет сложный характер, изменяющийся с длительностью термообработки. Определены их основные характеристики. Аномально малое сечение захвата электронов на КТД-530 и отсутствие взаимодействия кислородсодержащих термодоноров с первичными радиационными дефектами объясняется эффектом экранирования их взаимодействия с подвижными зарядами вследствие неоднородного пространственного распределения кислородсодержащих термодоноров. Оценена локальная концентрация кислородсодержащих термодоноров в микронеоднородностях: 1017 1019 см-3.

Введение Oi-дефектов является электрически нейтральными, что существенно затрудняет их изучение. Однако возможно Вопросу о влиянии термообработки (ТО) на свойства получить информацию о их свойствах электрическими Si посвящено большое количество экспериментальных методами, изучая влияние данных дефектов на накоработ, основные результаты которых достаточно подроб- пление электрически активных вторичных радиационных но отражены в обзорах [1,2]. Установлено, что основной дефектов (РД).

причиной изменения большинства свойств тигельного Si при незакалочных видах ТО является распад пересыОбъекты и методы исследования щенного твердого раствора примеси кислорода (Оi) в Si. В результате этого образуется целый ряд кислородИспользовался промышленный Si марки КЭФ-45 со содержащих дефектов весьма различных по размерам, следующими исходными параметрами1: концентрация концентрации, структуре и свойствам. Особое внимание свободных электронов при 300 K ne =(7-8) · 1013 см-3, уделяется исследованию электрически активных форм концентрация примеси кислорода в межузельном состокислородсодержащих дефектов, так называемых кислоянии NO =(8-9) · 1017 см-3, концентрация углерода во родсодержащих термодоноров (КТД), которые наиболее внедренном состоянии NC < 5 · 1016 см-3. Все образцы эффективно образуются в температурных интервалах вырезались из одного монокристалла.

350 500 и 600 800C. Именно КТД обусловливают Для генерации термодефектов проводилась термообв большинстве случаев неоднородность и термическую работка на воздухе с точностью стабилизации темпенестабильность электрических параметров кристаллов ратуры на уровне 2C. Генерация радиационных дефекSi. Этим определяется актуальность исследования КТД тов производилась облучением электронами с энергией в прикладных целях для совершенствования технологии 3.5 МэВ и плотностью тока 0.2 мкА/см2 в интервале доз приборостроения на основе Si.

1015 1016 см-2 при комнатной температуре. Контроль До настоящего времени не существует единого мнения за накоплением электрически активных термо- и радио структуре и конкретном механизме формирования ационных дефектов осуществлялся по температурным КТД. Одним из аспектов этих проблема является зависимостям эффекта Холла и методом емкостной спеквопрос о сходстве и различии КТД, образующихся в троскопии глубоких уровней (DLTS).

двух вышеупомянутых температурных интервалах термообработки (КТД-1 и КТД-2 соответственно). В этом Результаты эксперимента контексте представляют интерес исследования свойств и их обсуждение дефектов, возникающих в Si при ТО в промежуточном интервале температур 500600C, как переходных форм При изучении переходных состояний кислородных термодефектов от КТД-1 к КТД-2. В этом температурпреципитатов между состояниями дефектов типа КТД-ном диапазоне термообработки не отмечено интенсиви КТД-2 особый интерес представляют дефекты, возниного образования КТД, хотя кислород активно уходит из растворенного состояния. При этих температурах Марка КЭФ-45 — кремний n-типа проводимости, легированный ТО большая часть образующихся в процессе распада фосфором с удельным сопротивлением 45 Ом · см.

1050 В.Б. Неймаш, В.М. Сирацкий, А.Н. Крайчинский, Е.А. Пузенко кающие при таких температурах термообработки (ТО), Температурные зависимости концентрации свободных когда КТД-1 уже практически не генерируется, а КТД-2 электронов в образцах, прошедших ТО при 530C, имеют сложный характер и не описываются одно- или двухуровобразуются еще достаточно слабо. Для определения таких температур мы исследовали зависимость прираще- невой моделью дефектов. Это может означать наличие нескольких близко расположенных уровней дефектов в ния концентрации свободных электронов при T = 300 K запрещенной зоне. Данные по эффекту Холла позволили n300 = ni - n0 (n0 — концентрация электронов в исходопределить из анализа низкотемпературной части завином, ni — в термообработанном Si) после 5-часовой ТО в симостей n (1/T ) эффективную энергию ионизации КТД интервале 500600C. Полученные результаты приведе(Ei), образующихся при 530C. Результаты приведены в ны на рис. 1, где показана зависимость n300 от температабл. 1. Из таблицы видно, что энергия ионизации Ei туры изохронной термообработки. Видно, что минимум монотонно уменьшается с увеличением длительности ТО n300, соответствующий минимальной темпу генерации при 530C, что соответствует данным работ [3,4].

КТД обоих видов, наблюдается при T = 530C. Далее мы исследовали образцы, термообработанные именно при Таблица 1.

этой температуре.

На рис. 2 представлена зависимость n от длительноtann, ч Ei, мэВ сти ТО при 530 и 450C. Видно, что во всем исследо5 ванном временном интервале темп генерации КТД при 25 530C, ответственных за величину n, почти на порядок 150 ниже, чем темп генерации КТД-1 при 530C в этом же 300 материале.

Гораздо большие возможности для контроля электри ческих характеристик КТД предоставляет метод емкостной спетроскопии глубоких уровней (DLTS). На рис. 3, приведены характерные спектры DLTS тех же образцов, что использовались для измерения эффекта Холла. На спектре DLTS образцов, термообработанных в течение 5 ч при 530C (рис. 3, a) различаются 3 пика. Всем им соответствует экспоненциальная релаксация сигнала DLTS, в том числе и низкотемпературному пику 1, который находится в температурном интервале, соответствующему перезарядке фосфора. Амплитуда пика 3 существенно изменяется от образца к образцу при том же режиме Рис. 1. Зависимость приращения концентрации свободных ТО. В образцах, термообработанных в течение 25 ч электронов при T = 300 K n300 от температуры изохронной (рис. 3, b), сохраняются пики, присутствующие в претермообработки Tann.

дыдущем спектре. Наряду с этим в низкотемпературной части спектра появляется 2 новых пика (4 и 5). Пик приобретает четко выраженную треугольную форму, характерную для пика фосфора. Амплитуда же пика снова сильно зависит от выбора образца. Значительные изменения спектра DLTS наблюдаются после 150 ч ТО (рис. 4, a). Вместо отдельных пиков появляется новый широкий пик, образованный наложением по крайней мере 3 отдельных пиков. При этом амплитуда пика заметно уменьшается при одновременном увеличении амплитуд пиков 4 и 5. По сравнению со спектром на рис. 3, b этот комбинированный пик несколько смещен в низкотемпературную область. Дальнейшая трансформация спектра после 300 ч ТО отображена на рис. 4, b.

На спектре присутствуют пик фосфора и уширенный пик, еще больше смещенный в низкотемпературную область по сравнению с рис. 4, a. Сдвиг пика DLTS в сторону низких температур свидетельствует об уменьшении энергии ионизации центра, ответственного за Рис. 2. Зависимости приращения концентрации свободных возникновение этого пика. Из формы пика на рис. 4, b электронов от длительности термообработки tann при Tann, C:

1 — 450, 2 — 530. трудно определить количество исходных пиков DLTS, в Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Электрические свойства кремния, термообработанного при 530C и облученного электронами ботанных в течение 150 и 300 ч, это делает невозможными какие-либо расчеты параметров данного пика, так как концентрация КТД близка к концентрации мелкой примеси.

Во-вторых, на результаты анализа, возможно, влияет эффект Пула–Френкеля, так как речь идет о мелких донорных центрах. Однако сопоставление табл. 1 и 2 обнаруживает удовлетворительное совпадение значений Ei, определенных двумя разными методами. Это может свидетельствовать о незначительном влиянии упомянутых факторов. Пик 1 на спектрах DLTS, имеющий характерную треугольную форму, является пиком, соответствующим примеси фосфора. Поскольку мы применяли не токовую, а емкостную спектроскопию, этот пик изображен схематически. Однако сама возможность его наблюдения является качественным подтверждением существования уровней с энeргией ионизации Ei < 0.044 эВ. Характерно, что пики 4 и 5, а также пик 2 на рис. 4, a, имеющие энергии ионизации меньшие, чем энергия ионизации фосфора, наблюдаются при более высоких температурах, Рис. 3. Температурные зависимости амплитуды DLTS-сигнала для образца, термообработанного при 530C в течение tann, ч:

a —5, b — 25.

результате наложения которых он образовался. Можно лишь отметить полное исчезновение компоненты, соответствующей пику 2 на рис. 3, a. Компьютерный анализ, как будет показано далее, позволяет описать данный спектр наложением 2 пиков. Необходимо отметить, что значительное колебание амплитуды пика 3 от образца к образцу, а также отсутствие очевидной корреляции его амплитуды с длительностью ТО не позволяют идентифицировать этот пик, как соотвестствующий какомулибо КТД.

Для определения энергии ионизации и сечения захвата носителей тока () центрами, соответствующими каждому конкретному пику DLTS, была использована специальная компьютерная программа разделения перекрывающихся пиков. В табл. 2 приведены результаты анализа приведенных выше экспериментальных данных с помощью этой программы.

Результаты расчетов могут рассматриваться как приблизительные для значений Ei и как оценочные для величин i по следующим причинам.

Во-первых, неэкспоненциальность релаксации сигнала DLTS, соответствующего некоторым пикам. Так, в случае Рис. 4. Температурные зависимости амплитуды DLTS-сигнала фосфора неэкспоненциальность обусловлена значительдля образца, термообработанного при 530C в течение tann, ч:

ной релаксацией проводимости. В образцах, термообра- a — 150, b — 300.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1052 В.Б. Неймаш, В.М. Сирацкий, А.Н. Крайчинский, Е.А. Пузенко Таблица 2.

tann, ч E1, эВ 1, см-2 E2, эВ 2, см-2 E3, эВ 3, см-2 E4, эВ 4, см-2 E5, эВ 5, см-5 0.042 3.3 · 10-12 0.05 1.4 · 10-18 0.083 8.9 · 10-18 – – – – 25 0.047 4.7 · 10-12 0.058 6.2 · 10-18 0.087 2.3 · 10-17 0.033 8.9 · 10-17 0.039 9.7 · 10-150 – – 0.03 3.7 · 10-20 – – 0.019 3.3 · 10-19 0.022 5 · 10-300 – – – – – – 0.018 1.7 · 10-19 0.019 3.5 · 10-чем пик фосфора. Это возможно благодаря тому, что более глубоких уровней уменьшается вплоть до полного сечение захвата электронов -центрами, соответствую- исчезновения при одновременном возникновении более щими этим пикам, на несколько порядков меньше, чем мелких уровней и возрастании их концентрации. Посечение захвата атомами фосфора [5,6]. Такие значе- видимому, это соответствует перестройке КТД подобной ния характерны скорее для отталкивающих центров. той, что наблюдается при 450C [1,2]. Однако при 530C Одним из возможных объяснений этого может быть эта перестройка носит более ярко выраженный характер.

сильно неоднородное пространственное распределение Для выявления возможных свойств бистабильности рассматриваемых центров. Действительно, сечение за- исследуемых дефектов (КТД-530) мы изучили зависихвата электронов на положительно заряженный центр, мость формы и амплитуды спектров DLTS от длительносогласно [7], можно представить в виде сти импульса заполнения и условий охлаждения. Однако во всем диапазоне длительностей ТО при 530C такого = 4r3/3L, (1) влияния не обнаружено.

Для изучения влияния термообработки на генерацию где r = e2Z/40kT — радиус захвата, eZ —заряд радиационных дефектов в Si те же образцы (после центра, L — параметр, независящий от температуры.

предварительной ТО при 530C) подвергались облуЕсли КТД находятся в скоплениях, где их локальная кончению электронами. После этого опять записывались центрация значительно выше, чем в среднем по объему, спектры DLTS и температурные зависимости конценто это может привести к экранированию заряда дефектрации свободных электронов. После облучения заретов, что скажется на их взаимодействии с подвижными гистрированы уровни двух основных вторичных радизарядами. С учетом экранирования (при Z = 1) величину ационных дефектов (РД): A-центра (Ec - 0.17 эВ) и r можно найти из выражения E-центра (Ec - 0.44 эВ). Анализ спектров DLTS показал, что облучение не влияет на параметры КТД при всех e2 exp(-r/rD)/40r = kT, (2) длительностях предварительной ТО при 530C. В свою очередь параметры РД и скорость их генерации не завигде rD — дебаевский радиус экранирования. Из соотсят от длительности предварительной ТО и совпадают ношения (2) определялись значения радиуса захвата r со значениями в контрольных (нетермообработанных) при температурах, соответствующих пикам на спектрах образцах. Получены следующие значения скоростей геDLTS, и подставлялись в выражение (1). Получены нерации A- и E-центров: dNA/d=(0.20 ± 0.05) см-1 и, следующие значения сечения захвата в зависимости соответственно, dNE/d=(0.05±0.01) см-1. Скорости от величины локальной концентрации КТД в скоплении удаления носителей тока, определенные из холловских (N), см. табл. 3. Из сравнения расчетных (табл. 3) измерений при 300 и 100 K, тоже зависят от длительнои экспериментальных (табл. 2) данных видно, что сости предварительной ТО.

впадение достигается при локальной концентрации КТД Этот результат аналогичен данным работы [10], где N = 1017 1019 см-3, что согласуеся с данными, показано, что дефекты типа КТД-1 и КТД-2 значительполученными в работах [8,9].

но менее чувствительны в воздействию ионизирующего излучения, чем химические доноры и не влияют на Таблица 3.

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.