WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 1998, том 68, № 6 05;06;07;12 Анализ структурных нарушений имплантированных бором монокристаллов кремния по результатам двух- и трехкристальной рентгеновской дифрактометрии © А.П. Петраков, Н.А. Тихонов, С.В. Шилов Сыктывкарский государственный университет, 167001 Сыктывкар, Россия (Поступило в Редакцию 6 мая 1996 г. В окончательной редакции 19 декабря 1997 г.) На основе кривых дифракционного отражения и трехкристальных спектров проведен анализ структурных нарушений монокристаллов Si. Рассчитано относительное изменение периода решетки, распределение его по глубине, определен тип возникающих дефектов и поведение имплантированной примеси в результате термического отжига.

Введение Диагностика структуры приповерхностных слоев монокристаллов кремния проводилась с помощью автомаИонная имплантация является эффективным сред- тизированного двух- и трехкристального рентгеновскоством изменения электрических свойств полупроводни- го дифрактометра, созданного на базе рентгеновского ковых материалов. При этом в качестве имплантанта дифрактометра ДРОН-УМ1. Применялась бездисперсидовольно часто используется бор. Следствием ионной онная геометрия: двухкристальная (n, -n) и трехкриимплантации являются нарушения приповерхностной стальная (n, -n, n) [6,7]. Излучение CuK1. Измеряструктуры кристаллов, подверженных облучению. Ис- лись двухкристальные кривые дифракционного отражеследования нарушений структуры проводятся разными ния (КДО) и спектры трехкристальной рентгеновской методами. Из неразрушающих методов весьма инфор- дифракции (ТРД) в режиме -сканирования (вращение мативными являются методы двух- и трехкристальной анализатора). Угол отворота образца () изменялся от рентгеновской дифрактометрии. Этими методами прове- -500 до +500 angle s. Монохроматором и анализатором дено значительное число работ (см., например, [1–5]), в служили высокосовершенные монокристаллы кремния с которых исследуется природа нарушений монокристал- симметричным отражением (111). Полуширины КДО лов кремния, образующихся в результате имплантации.

монохроматора и анализатора составляли 10 angle s, что Вместе с тем развитие методики обработки эксперимен- близко к теоретическому.

тальных спектров, в частности трехкристальных, позволяет получать новые данные о нарушениях. В настоящей Экспериментальные результаты работе анализируются результаты систематических трехкристальных рентгенодифрактометрических исследова1. З а в и с и м о с т ь н а р у ш е н и й ний монокристаллов кремния, имплантированных бором с т р у к т у р ы о т д о з ы. Для изучения с разными дозами и подвергнутых изотермическому зависимости нарушений имплантированного кремния от отжигу при разных температурах и времени отжига.

дозы были исследованы образцы с дозовой нагрузкой от 6.25 · 1014 до 6.25 · 1015 cm-2. На рис. 1 приведены Методика эксперимента ”хвосты” соответствующих КДО. Нуль соответствует точному брэгговскому положению отражения от плоскоИсследовались почти совершенные монокристалличести (111) неискаженного кристалла. Заметно увеличение ские пластины кремния КДБ-10 толщиной 500 µm. Поинтенсивности КДО в области меньших углов. При этом верхность образцов почти совпадала с плоскостью (111).

интенсивность растет вместе с дозой и при наибольУгол между ними, измеренный рентгенодифрактометрическим методом, составлял около 10 angle s. Образцы имплантировались ионами B+ с энергией 25 keV и до- Таблица 1. Значения деформации, толщины нарушенного слоя в зависимости от дозы имплантации зами от D = 6.2 · 1014 до 6.25 · 1015 cm-2. Имплантация проводилась при комнатной температуре в условиях, d исключающих каналирование. Применение достаточно Доза (cm-2) · 103 Lp (по P()), Li(20), Li(30), d µm µm µm слабого ионного тока с плотностью 0.2 µA/cm2 исключало также и явление самоотжига при имплантации. После 6.25 · 1014 0.8 0.16 0.043 0.имплантации часть образцов отжигалась в атмосфере 1.875 · 1015 1.2 0.14 0.067 0.азота. Температура отжига изменялась от 300 до 1000C. 3.125 · 1015 1.9 0.14 0.11 0.Время отжига составляло 10, 60 и 120 min. 6.25 · 1015 2.9 0.13 0.12 0.92 А.П. Петраков, Н.А. Тихонов, С.В. Шилов Рис. 1. КДО кристаллов. Доза имплантации, cm-2: 1 —6.25 · 1014, 2 —1.875 · 1015, 3 —3.125 · 1015, 4 —6.25 · 1015; P — кривая совершенного кристалла, I/I0 — отношение отраженной и падающей интенсивности соответственно.

Рис. 2. Функции приведенной интенсивности P(). Обозначения соответствуют рис. 1.

шей дозе наблюдается хорошо разрешимый дополни- того, увеличивается смещение максимумов в область тельный пик. Снятые на этих образцах спектры ТРД отрицательных углов. Положение пиков на графике соне показали наличия диффузных пиков. Построенные впадает с подъемом интенсивности на КДО в отрицапо спектрам ТРД функции приведенной интенсивности тельной области. Наличие максимума на графике P() P() = I · 2/Pid (I — интенсивность главного пика, свидетельствует о наличии когерентного рассеяния от — угол отворота образца, Pid = Iid · 2 — функция слоя с измененным параметром решетки. По положению приведенной интенсивности для идеального кристалла максимумов на рис. 2 были рассчитаны относительные и приблизительно постоянная для всех углов поворота средние деформации по формуле d/d = ctg b ·, образца) показаны на рис. 2. Для всех образцов наблюда- которые приведены в табл. 1.

ется четкий макимум со стороны отрицательных углов, График зависимости средней деформации от дозы приинтенсивность которого растет вместе с дозой. Кроме веден на рис. 3. На рис. 4 представлен рассчитанный по Журнал технической физики, 1998, том 68, № Анализ структурных нарушений имплантированных бором монокристаллов кремния... Рис. 3. Зависимость относительной средней деформации Рис. 4. Рассчитанный по КДО профиль деформации от d/d от дозы имплантации D. глубины Z.

до 600C привело к увеличению интенсивности как со программе, разработанной по методике, описанной в [8], стороны отрицательных, так и положительных углов.

профиль деформации для образца, облученного с дозой Отжиг при 800C привел к заметному спаду со стороны 6.25 · 1015 cm-2. Программа рассчитывает изменение деотрицательных углов.

формации по глубине от поверхности образца на основе Построенные по спектрам ТРД функции приведенной анализа дополнительного пика на КДО, обусловленного интенсивности P() показывают наличие максимума со когерентным рассеянием от слоя с увеличенным парастороны отрицательных углов (рис. 6), совпадающего с метром решетки. Как видно из графика, максимальное значение d/d, приблизительно равное 0.003, соответ- областью подъема интенсивности на соответствующей КДО. В области положительных углов на графиках ствует глубине 0.05 µm.

функции приведенной интенсивности (для температур Для облученных образцов были рассчитаны также отжига 300 и 600C) наблюдается тенденция к увеличеэффективные толщины нарушенных слоев [9] Li по понию, что отражает возрастание интенсивности на КДО луширине максимумов на функции приведенной интен(рис. 5). Однако отжиг при 800C приводит к появлесивности и LP методом интегральных характеристик без нию максимума и в этой области углов. Относительная учета области в 20 и 30 angle s возле нуля. Эти данные средняя деформация d/d, рассчитанная по положению приведены в табл. 1.

максимумов на графике P(), приведена в табл. 2.

2. В л и я н и е о т ж и г а н а с т р у к т у р у Таким образом, отжиг при 800C привел к дефори м п л а н т и р о в а н н о г о к р е м н и я.

мированию в приповерхностном слое двух областей с Для исследования влияния отжига на структуру импланразным знаком деформации. Следует также отметить, тированного бором кремния измерялись КДО и спектры что для всех рассматриваемых образцов, подвергнутых ТРД образцов, облученных с дозой 1.875 · 1015 cm-2 и термообработке от 300 до 900C, на спектрах ТРД, подвергнутых отжигу в атмосфере азота при темпераполученных в режиме сканирования анализатором, оттурах 300, 600, 800, 900 и 1000C со временем отжига сутствовал диффузный пик.

10, 60 и 120 min. На рис. 5 приведены ”хвосты” КДО для Отжиг при более высоких температурах приводит образцов, отожженных при 600 и 800C в течение 10 min к дальнейшим изменениям в структуре припоне привел к изменению формы КДО, показанной на рис. для дозы 1.875 · 1015 cm-2. Повышение температуры верхностного слоя. На спектрах ТРД наблюдается Таблица 2. Изменение деформации и толщины нарушенного слоя в результате отжига d · 103 Lp, µm Темпе- Время d Li(20), µm Li(30), µm ратура, отжига, положительная отрицательная положительная отрицательная C min деформация деформация деформация деформация 300 10 1.2 - 0.13 - 0.079 0.600 10 1.4 - 0.14 - 0.070 0.800 10 1.4 -1.8 0.13 0.09 0.057 0.900 60 1.6 -0.97 0.12 0.14 0.045 0.1000 60 - -0.38 - 0.18 - 1000 120 - -0.29 - 0.26 - Журнал технической физики, 1998, том 68, № 94 А.П. Петраков, Н.А. Тихонов, С.В. Шилов Рис. 5. КДО кристаллов, имплантированных с дозой 1.875 · 1015 cm-2. Температура отжига, C: 1 — 600, 2 — 800; время отжига 10 min, P — кривая совершенного кристалла.

при 1000C диффузный пик, увеличивающийся с возра- образца (рис. 7). На графике присутствуют два участка станием времени отжига. На графике P() при 1000C прямых с тангенсами угла наклона, близкими к 1 и 3.

наблюдается только один максимум, свидетельствующий Наиболее значительные изменения структуры наблюо наличии слоя с отрицательной средней деформацией даются при дозах, близких к дозам, вызывающим аморфизацию приповерхностного слоя при используемых (табл. 2), величина которой уменьшается.

условиях имплантации, которая составляет 1016 cm-2.

В табл. 2 приведены рассчитанные для всех темпераЭто можно наблюдать на образцах, имплантированных тур значения Li и Lp. Для сильно отожженных образцов бором с дозой 6.25 · 1015 cm-2. На рис. 1 и 2 показаны (1000C, 60 и 120 min) величины Li не приведены, КДО и графики P() для данной дозы имплантации.

так как применение интегрального способа для оценки Отжиг при температурах 400-700C в течение 10 min толщины нарушенных слоев некорректно ввиду наличия приводил к появлению на КДО в области углов, меньших диффузного рассеяния, дающего вклад в КДО.

брэгговских, к 1–2 дополнительным пикам. В области Для образцов, отожженных при 1000C и 120 min, по отрицательных углов отворота образца на графике P() диффузному пику на спектрах ТРД были построены в наблюдаются два максимума, связанных с когерентным двойном логарифмическом масштабе графики зависиморассеянием. После отжига при 800C в течение 10 min сти интенсивности диффузного пика от угла отворота КДО образца практически совпадала с аналогичной для неимплантированного образца. При этом на графике P() никаких пиков не наблюдалось. Дальнейшее увеличение температуры до 900C вновь приводило к увеличению интенсивности на КДО в области больших и мень ших углов, а на графике P() видны четыре максимума (рис. 8). Диффузные пики отсутствовали на спектрах ТРД в интервале температур отжига 400-900C. Отжиг при 1000C, 60 min привел к появлению интенсивного диффузного пика.

Обсуждение результатов Наличие максимумов на графиках функции приведенной интенсивности (рис. 2) и отсутствие диффузРис. 6. Функция приведенной интенсивности P(). Доза ного пика на спектрах ТРД обусловлены когерентным имплантации 1.875 · 1015 cm-2, температура отжига 800C, рассеянием на приповерхностном слое с увеличенным время отжига 10 min.

Журнал технической физики, 1998, том 68, № Анализ структурных нарушений имплантированных бором монокристаллов кремния... табл. 1 показывают критичность этого исключения. Следует также заметить по данным табл. 1, что суммарная толщина нарушенного слоя с ”большей” и ”меньшей” величиной деформации изменяется незначительно (0.20-0.25 µm) для всех образцов, кроме облученного с дозой 6.25 · 1015 cm-2. Это можно объяснить аморфизацией некоторой части слоя, имеющей место в области максимума профиля распределения дефектов.

При отжиге образцов следует ожидать перестройки дефектов в приповерхностной структуре. Отжиг при и 600C не приводит к существенным изменениям в картине рентгеновской дифракции. Однако отжиг при 800C приводит к появлению в приповерхностной области слоя Рис. 7. Зависимость логарифма интенсивности диффузного с отрицательной деформацией (рис. 6) наряду со слопика LN(Id) от логарифма угла поворота образца LN().

ем с положительной деформацией, образовавшимися в Температура отжига 1000C, время отжига 120 min; 1 — положительные углы поворота образца, 2 — отрицательные. результате имплантации ионов. Образование его можно объяснить существенным ростом концентрации замещающих ионов бора в узлах решетки. Слой с увеличенным параметром решетки, по-видимому, находится несколько ближе к поверхности в силу смещенности к ней распределения дефектов по сравнению с распределением имплантированной примеси.

Постепенное уменьшение толщины слоя с положительной деформацией при увеличении температуры отжига от 300 до 900C, выявляемое методом интегральных характеристик, по всей видимости, объясняется как диффузией межузельных ионов кремния, что приводит к расплыванию распределения межузельного кремния, переходом кремния в регулярные положения, а также занятием узловых положений в решетке ионами бора, Рис. 8. Функция приведенной интенсивности P(). Доза который при высоких температурах отжига активно выимплантации 6.25 · 1015 cm-2, температура отжига 900C.

тесняет кремний [10,11].

Термообработка при 1000C приводит к исчезновению слоя с положительной деформацией за счет внедрения еще большего количества бора в узлы решетки. Наряду параметром решетки. Этот достаточно тривиальный рес этим диффузия в глубь ионов бора приводит к уменьзультат связан с генерацией большого количества тошению отрицательной деформации в приповерхностном чечных дефектов при имплантации бора. Ионы кремния, смещаясь из регулярных положений в междоузлия, вы- слое (табл. 2).

зывают расширение решетки. Как и следует ожидать, Наличие на спектрах ТРД диффузного пика при высос увеличением дозы деформация решетки возрастает котемпературном отжиге свидетельствует об ассоциации (рис. 3). Отсутствие диффузного пика на спектрах ТРД точечных дефектов в протяженные. Данные, приведенуказывает на то, что после имплантации ионами бора ные на рис. 7, показывают, что в кристалле, отожженном с дозами до 6.25 · 1015 cm-2 в кремнии не образуются при 1000C и 120 min, в диффузный пик дают вклад протяженные дефекты.

преимущественно дефекты типа дислокационных петель.

Толщина нарушенного имплантацией приповерхностДислокационные петли связаны с дефектами упаковки, ного слоя, оцененная по полуширине функции приведенобразованными межузельными атомами кремния [12].

ной интенсивности, изменяется незначительно.

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.