WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 10 Формирование и исследование захороненных слоев SiC с высоким содержанием радиационных дефектов © Е.В. Богданова, В.В. Козловский, Д.С. Румянцев, А.А. Волкова, А.А. Лебедев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Санкт-Петербургский политехнический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия (Получена 1 марта 2004 г. Принята к печати 4 марта 2004 г.) Проведена имплантация протонов с энергией E = 100 кэВ в диапазоне доз от 2 · 1017 до 4 · 1017 см-2 в 6H- и 4H-SiC n-типа проводимости при комнатной температуре. После имплантации выполнены различные типы отжигов в диапазоне температур 550-1500C. Параметры образцов контролировались методами вольт-фарадных и вольт-амперных характеристик, фотолюминесценции. Обнаружен блистеринг поверхности образцов после отжига при температуре 800C только при имплантации протонов с дозой 3 · 1017 см-2.

Уменьшение сопротивления компенсированного слоя начинается после отжига при температуре 1200C и заканчивается после отжига при температуре 1500C. После имплантации наблюдается резкое уменьшение интенсивности фотолюминесценции для всех типов образцов. Восстановление интенсивности фотолюминесценции образцов начинается после отжига при температурах 800C и завершается после отжига при температуре 1500C.

1. Введение 1.6 · 1018 см-3 в 6H-SiC и 3.8 · 1018 см-3 в 4H-SiC.

Облучение образцов выполнялось на ускорителе нейИзвестно, что протонное облучение характеризуется тронного генератора НГ-200У при комнатной темперадостаточно уникальным характером тормозных потерь туре. Использовались протоны с энергией E = 100 кэВ энергии, приводящим к генерации радиационных де- в диапазоне доз от 2 · 1017 до 4 · 1017 см-2. (При облуфектов (РД) в полупроводнике преимущественно на чении SiC протонами с энергией 100 кэВ значение Rp глубинах, близких к пробегу протонов (Rp). При этом должно быть 0.65 мкм [1]). После имплантации осунепосредственно на поверхности полупроводника ско- ществлялся постадийный отжиг образцов в диапазоне рость генерации РД почти на порядок меньше, чем в температур 500-1500C в атмосфере аргона. Параметрайоне пробега, а на глубинах, много больших Rp, РД ры образцов до и после облучения, а также после отживообще не образуются [1]. Таким образом, с помощью га при различных температурах контролировались мепротонного облучения можно получить локализованные тодами вольт-фарадных, вольт-амперных характеристик по глубине („захороненные“) слои полупроводника с и фотолюминесценции. Вольт-фарадные характеристики высокой концентрацией радиационных дефектов. По (C-U-характеристики) измерялись с помощью ртутноэтой причине облучение высокими дозами низкоэнерге- го зонда на емкостном мосте с параллельной схемой тических протонов широко используется в технологии замещения и частотой синусоидального сигнала 10 кГц.

различных полупроводников — как для создания захо- Спектры фотолюминесценции (ФЛ) снимались при возроненных слоев с высоким сопротивлением (SOI), так буждении образцов импульсным излучением азотного и для отделения тонких пленок материала при отжиге лазера (длина волны = 337 нм, диаметр светового облученых образцов (Smart Cut) [1]. Использование пятна 400 мкм) при температуре 77 K.

протонного облучения в технологии карбида кремния может представлять особый интерес в связи с недавно 3. Экспериметальные результаты обнаруженной возможностью формирования аморфного слоя SiC [2] при облучении протонами. Как известВ спектрах ФЛ необлученных образцов 6H-SiC но, явление аморфизации при протонном облучении (рис. 1) наблюдалась полоса с максимумом излучев обычных условиях для других полупроводников не ния на длине волны max 465-470 нм, обусловленная наблюдается [1].

излучательной рекомбинацией на донорно-акцепторных Цель настоящей работы заключается в создании захопарах Al–N. В спектре необлученных кристаллов 4H-SiC роненных слоев SiC с высоким содержанием радиацион(рис. 2) также наблюдалась полоса ФЛ (max 420 нм), ных дефектов и исследовании их свойств.

связываемая с излучательной рекомбинацией с участием акцепторного центра Al. Кроме того, в длинноволновой части спектра ФЛ 4H-SiC наблюдалась полоса 2. Условия эксперимента (max 560 нм), связываемая с наличием примеси бора В качестве образцов использовались пластины SiC в кристаллах SiC [3]. Непосредственно после облучения политипов 6H и 4H n-типа проводимости. Концен- ФЛ практически исчезала для всех типов образцов.

трация нескомпенсированных доноров (Nd - Na) была Ранее тушение ФЛ, связанной с атомами примеси Al, 1212 Е.В. Богданова, В.В. Козловский, Д.С. Румянцев, А.А. Волкова, А.А. Лебедев Исследование поверхности облученных образцов показало, что во всем диапазоне использованных доз имплантация протонов в карбид кремния не приводила к изменению морфологических параметров. Изменение морфологии поверхности начинает наблюдаться после отжига облученных образцов, причем, в отличие от кремния [2], необходимые температуры отжига весьма высоки, 880C.

Для всех образцов, облученных протонами дозой < 3 · 1017 см-2, после отжига при температуре 800C наблюдались „вздутие“ и отслаивание чешуек материала — блистеринг [2]. Для образцов, облученных протонами дозой 3 · 1017 см-2, после отжига при температуре от 800 до 1500C блистеринг поверхности не наблюРис. 1. Спектры фотолюминесценции (PL) образца 6H-SiC до дался (рис. 3, b). Обнаруженный эффект подавления блиоблучения (1), после облучения и отжига при 800C (2). Доза стеринга, по нашему мнению, обусловлен аморфизацией облучения 4 · 1017 см-2.

обученного слоя. Ранее методом атомно-силовой микроскопии было зарегистрировано появление аморфной фазы в карбиде кремния, облученном низкоэнергетичными протонами дозой 3 · 1017 см-2 при сравнительно невысоких токах пучка протонов (< 5мкА· см-2) [2].

Такой эффект свидетельствует, по-видимому, об особенностях разделения первичных радиационных дефектов в карбиде кремния, приводящих к накоплению достаточной для аморфизации полупроводника концентрации многовакансионных комплексов. Аморфизация препятствует формированию плоских двумерных вакансионноводородных дефектов, наблюдающихся только в кристаллическом материале и являющихся основным начальным звеном в развитии микротрещин в плоскости захоронненных дефектных слоев, приводящим к блистерингу.

Рис. 2. Спектры фотолюминесценции (PL) образца 4H-SiC до На рис. 3, a, b приведены изображения поверхностей облучения (1), после облучения и отжига при 800C (2). Доза отожженных образцов 4H-SiC после облучения протооблучения 4 · 1017 см-2.

нами с различными дозами. Аналогичную картину мы имеем для 6H-SiC.

После облучения исследовавшихся поверхностнов образцах SiC, обработанных в водородной плазме, барьерных структур наблюдалось смещение C-U-харакизучалось в работах [4–6]. Авторы работ [4–6] связытеристик вверх по оси ординат при сохранении прежнего вали это тушение со способностью атомов водорода угла наклона (прежнего значения величины Nd-Na).

пассивировать акцепторные центры B и Al в SiC, т. е.

Кроме того, наблюдалась зависимость величины со способностью водорода образовывать с атомами Al и измеряемой емкости (C) от частоты измерения ( f ) — B электрически неактивные комплексы. Эти комплексы рост C с уменьшением f. Совпадение величины C обладают невысокой температурной стабильностью, и со значением, полученным для необлученного диода, при температурах > 200C наблюдается их распад и наблюдалось при частотах 100 Гц. Подобный характер происходит диффузия водорода из объема полупроводника [6]. В работе [4] наблюдалось полное восстановление интенсивности исходной ФЛ после отжига образцов при температурах 750C. В нашем случае заметное восстановление интенсивности ФЛ начинается при больших температурах ( 800C) (рис. 1, 2), что, возможно, связано с существенно большей концентрацией водорода в исследовавшихся нами образцах по сравнению с работой [6]. Отметим, что эта температура близка к значению, при котором начинается отжиг РД в SiC [7,8]. После отжига при 1500C интенсивность Рис. 3. Оптические фотографии поверхности образцов 4H-SiC ФЛ исследовавшихся образцов возвращалась к исходной после облучения и отжига при 800C. Дозы облучения, см-2:

величине. a —2 · 1017, b —4 · 1017.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Формирование и исследование захороненных слоев SiC с высоким содержанием радиационных... После отжига при 1500C вольт-фарадные характеристики полностью совпадали с характеристиками необлученных структур (рис. 4, 5).

4. Заключение Проведены исследования воздействия низкоэнергетического протонного облучения и последующего отжига на свойства образцов SiC. Показано, что для SiC применимость протонного облучения в различных технологических процессах зависит от дозы облучения.

„Граничной“ для протонов с энергией 100 кэВ является доза 3 · 1017 см-2. Дозы < 3 · 1017 см-2 приводят к развитию блистеринга при отжиге и могут быть использоРис. 4. Вольт-фарадные характеристики образцов 6H-SiC до ваны в технологии Smart Cut. При дозах > 3 · 1017 см-облучения (1), после облучения (2), после облучения и отжига явление блистеринга оказывается подавленным, скорее при 1500C (3). Доза облучения 4 · 1017 см-2. S — площадь всего за счет наступающей аморфизации облученного образца.

слоя. Изменяя энергию протонов, можно изменять и глубину данного слоя. Таким образом, облучение с дозами > 3 · 1017 см-2 может оказаться перспективным для создания SOI-структур на основе SiC. Отметим, что с увеличением энергии протонов обычно уменьшается сечение дефектообразования, т. е. уменьшается концентрация дефектов в захороненном слое. Поэтому следует ожидать, что увеличение энергии протонов приведет к увеличению критического значения дозы облучения.

Работа выполнена при поддержке грантов INTAS 01-603 и NATO SfP-978011, РФФИ № 03-02-16054.

Список литературы [1] В.В. Козловский. Модифицирование полупроводников пучками протонов (СПб., Наука, 2003).

Рис. 5. Вольт-фарадные характеристики образцов 4H-SiC до [2] В.А. Козлов, В.В. Козловский, А.Н. Титков, М.С. Дунаевоблучения (1), после облучения (2), после облучения и отжига ский, А.К. Крыжановский. ФТП, 36, 1310 (2002).

при 1500C (3). Доза облучения 4 · 1017 см-2. S — площадь [3] А.А. Лебедев. ФТП, 33, 129 (1999).

образца.

[4] Y. Koshka, M. Mazzola. Appl. Phys. Lett., 79, 752 (2001).

[5] Y. Koshka, M. Mazzola. Mater. Sci. Forum, 389–393, 609 (2002).

изменения C-U-характеристики свидетельствует [9] о [6] C. Hulsen, N. Achtziger, U. Reinlohner, W. Witthuhn. Mater.

Sci. Forum, 338–342, 929 (2000).

значительном увеличении омического сопротивления [7] T. Dalibor, G. Pensl, T. Kimoto, W.J. Choyke, A. Schoner, базы диода после облучения. Кроме того, для образцов N. Nordell. Phys. Status Solidi A, 162, 199 (1997).

6H-SiC при обратных напряжениях > 8В (толщина слоя [8] A.A. Lebedev, A.I. Veinger, D.V. Davydov, V.V. Kozlovski, объемного заряда > 0.1мкм) наблюдался нелинейный N.S. Savkina, A.M. Strel’chuk. J. Appl. Phys., 88, 6265 (2000).

ход зависимости C-2(U), что свидетельствовало об [9] А.А. Лебедев, Н.А. Соболев. ФТП, 16, 1874 (1982).

уменьшении значения концентрации Nd-Na в глубине образца. Для образцов 4H-SiC этот эффект был выражен Редактор Л.В. Шаронова гораздо слабее, что, очевидно, связано с большей изначальной (до облучения) величиной Nd-Na в образцах данного политипа (толщина слоя объемного заряда при максимальных обратных напряжениях 0.06 мкм).

Таким образом, согласно емкостным измерениям, облучение привело к образованию компенсированного слоя на глубинах > 0.1 мкм при практически не изменившейся концентрации у поверхности образца.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1214 Е.В. Богданова, В.В. Козловский, Д.С. Румянцев, А.А. Волкова, А.А. Лебедев Formation and investigation of buried SiC layers with a high content of radiation-induced defects E.V. Bogdanova, V.V. Kozlovski, D.S. Rumyantsev, A.A. Volkova, A.A. Lebedev Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia St. Petersburg State Polytechnical University, 195251 St. Petersburg, Russia

Abstract

Hydrogen ions having the energy 100 keV and doses ranging from 2 · 1017 to 4 · 1017 cm-2 have been implanted into the n-type 6H- and 4H-SiC samples at room temperature. The postimplantation sequential annealings of irradiated samples were performed in the 500-1500C temperature range. Parameters of the samples were determined by the capacitance-voltage and current-voltage measurements, and by the photoluminescence technique, and the atomic-force microscopy. It was found that surface blistering appears after the postimplantation annealing at 800C in the case of hydrogen implantation with doses < 3 · 1017 cm-2.

A decrease in the resistivity of the compensated layer begins after annealing at 1200C and ends after annealing at 1500C. After irradiation, the photoluminescence intensity decreases dramatically for all the simples. Recovery of the photoluninescence intensity starts after annealing at 800C and is completed upon annealing at the temperature of 1500C.




© 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.