WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 2 УДК 621.315.592 Исследование фотолюминесценции пленок SiOxNy, имплантированных ионами Ge+ и отожженных в условиях гидростатического давления © И.Е. Тысченко¶, К.С. Журавлев, Е.Н. Вандышев, А. Мисюк+, Р.А. Янков, Л. Реболе=, В. Скорупа= Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия + Институт электронной технологии, 02-668 Варшава, Польша Центр пленочных технологий, ТЦО Райнбрайтбах, 53619 Райнбрайтбах, Германия = Институт ионно-лучевой физики и материаловедения, Исследовательский центр Росседорф, 510119, 01314 Дрезден, Германия (Получена 16 июня 2000 г. Принята к печати 20 июня 2000 г.) Впервые исследовано влияние гидростатического давления в процессе отжига на фотолюминесценцию осажденных на кремнии пленок SiOxNy (x = 0.25, y = 1), имплантированных ионами Ge+. Показано, что гидростатическое сжатие приводит к 10-кратному усилению интенсивности фотолюминесценции имплантированных пленок SiOxNy по сравнению с соответствующими отжигами при атмосферном давлении.

Наблюдаемый рост интенсивности фотолюминесценции объясняется ускоренным образованием центров излучательной рекомбинации в областях метастабильных фаз имплантированного оксинитрида кремния.

Природа этих центров предположительно связывается с центрами Si-Si и комплексами атомов Ge (типа Si- Ge и Ge- Ge ).

Введение последнего времени в литературе отсутствовали данные по ФЛ оксинитрида кремния при комнатной темпераВ последние годы, с момента открытия видимой фото- туре. Лишь понижение температуры до 90 K позволяло люминесценции (ФЛ) пористого кремния [1], большой наблюдать полосу ФЛ с максимумами вблизи энергии интерес привлекают к себе исследования свойств струк = 2.8эВ (длина волны 440 нм), природа котур с низкоразмерными объектами на основе Si. Одним торой выяснена не была [8]. Недавно в работе [9] из наиболее перспективных способов создания таких впервые при комнатной температуре были измерены структур стал метод ионно-лучевого синтеза кластеспектры ФЛ пленок аморфного SiOxNy разного состава.

ров Si и Ge и нанокристаллов в термически выращенных В видимой области спектра была обнаружена полоса с на кремнии пленках SiO2 [2–5] — материала, наибомаксимумом вблизи = 3.1эВ ( 400 нм). Маклее широко использующегося в кремниевой технологии.

симум интенсивности этой полосы ФЛ достигался при Слои оксинитрида кремния (SiOxNy) также широко исэнергии возбуждающего излучения 6.3эВ (длина волпользуются при изготовлении кремниевых приборов и ны 200 нм). Интенсивность и ширина пика зависели обладают целым рядом замечательных свойств, позволяот стехиометрического состава пленок. С увеличением ющих применять их в качестве компонентов оптических содержания кислорода в пленке наблюдалось уширение интегральных схем. По сравнению с SiO2 пленки окпика ФЛ с одновременным падением его интенсивности.

синитрида кремния обладают большим коэффициентом Авторы связывают природу этого пика с рекомбинацией преломления и являются более пригодными для создания на связи N3Si-SiN3. В литературе также было покаоптоэлектронных приборов. Так, волноводы на основе зано [10], что имплантация ионов C+ в пленке SiOxNy SiOxNy характеризуются малыми потерями света [6].

приводит при комнатной температуре к возбуждению Пленки оксинитрида кремния по сравнению с SiO2 являзеленой полосы ФЛ с максимумом вблизи = 550 нм ются химически более стойкими и обладают хорошими ( 2.25 эВ). Максимальная ее интенсивность домаскирующими характеристиками. В последнее время стигалась после отжига при температуре Ta = 600C.

высказываются предположения, что в будущем термичеПрирода этой полосы объяснялась процессами рекомбиский SiO2 как подзатворный диэлектрик для наноразмернации в комплексах атомов Si, N, O и C. Несмотря на ных МДП приборов будет вытеснен пленками аморфного все возрастающий интерес к исследованию свойств окSiOxNy. Это обусловлено тем, что оксинитрид кремния синитрида кремния, его фотолюминесцентные свойства, содержит меньшее количество связей Si–Si на границе а также природа наблюдаемых пиков ФЛ остаются пракраздела кремний–диэлектрик (являющихся ловушками тически не изученными. Не исследованы в полной мере и для дырок), а также обладает блокирующими свойствами возможности применения этого материала для создания для перераспределения легирующих примесей [7]. До на его основе эффективных источников излучения. Ранее ¶ E-mail: tys@isp.nac.ru нами было обнаружено [11], что отжиг в условиях гидро1 130 И.Е. Тысченко, К.С. Журавлев, Е.Н. Вандышев, А. Мисюк, Р.А. Янков, Л. Реболе, В. Скорупа статического сжатия ионно-имплантированных пленок SiOxNy, имплантированных LD ионов Ge+, после отжига SiO2 приводит к усилению ФЛ в видимом диапазоне при при Ta = 800 и 1100C и давлениях P = 1бар и 12кбар.

комнатной температуре. Цель данной работы — изучить Отжиг при атмосферном давлении приводил к формивлияние отжига в условиях гидростатического давления рованию пика вблизи = 520 нм. Его интенсивность на ФЛ пленок SiOxNy, имплантированных ионами Ge+. увеличивалась с ростом температуры отжига и после Ta 800-1000C была сравнима по величине с интенсивностью пика фиолетовой ФЛ в исходных пленках.

Методика эксперимента В случае отжига под давлением P = 12 кбар также происходило возгорание зеленой полосы ФЛ ( 520 нм), но Исходные подложки представляли собой пластины в 10 раз более интенсивной, чем в слоях, отожженных монкристаллического кремния n-типа проводимости с при атмосферном давлении (см. рис. 1). Наряду с удельным сопротивлением 3-10 Ом · см, ориентированформированием интенсивного пика зеленой ФЛ отжиг ные в направлении {100}. Затем на кремниевых пластипод давлением приводил и к усилению ФЛ в фиолетонах выращивался буферный слой SiO2 толщиной 2 нм.

вой области спектра ( 400 нм). После отжига при Пленки SiOxNy (x = 0.25, y = 1) с коэффициентом Ta = 1000C ее интенсивность была почти в 2 раза выше, преломления 1.882 толщиной 75 нм осаждались чем в исходных образцах. Интенсивность наблюдаемых из смеси газов SiH2C12 (50 с · см3), N2O (150 с · см3) полос ФЛ в этом случае также увеличивалась с ростом и NH3 (150 с · см3) при температуре 780C под датемпературы отжига.

влением 200 мТорр. Имплантация пленок оксинитрида В исследованных нами интервалах доз ионов и темкремния проводилась ионами Ge+ с энергией 55 кэВ дозами 2.1 · 1015 см-2 (малая доза — LD), 5.8 · 1015 см-2 ператур отжига большие интенсивности ФЛ соответствовали м дозам ионов Ge+. Эффект падения еньшим (средняя доза — MD) и 1.7 · 1016 см-2 (высокая доинтенсивности ФЛ с ростом дозы ионов наблюдался как за — HD). Параметры ионов выбирались таким обрав образцах, отожженных при атмосферном давлении, так зом, чтобы максимум распределения ионов находился и в образцах, отожженных в условиях гидростатического в середине пленки SiOxNy. Температура подложки во сжатия. На рис. 2 представлены спектры ФЛ пленок время облучения во всех случаях поддерживалась в SiOxNy, имплантированных тремя разными дозами ионов интервале -(145-155)C за счет охлаждения в колонGe+, после отжига при Ta = 1000Cи P = 12 кбар.

не жидкого азота. Плотность ионного тока составляла Стационарные спектры ФЛ при разных мощностях 0.5-1.0мкА/см2. Последующие отжиги проводились возбуждения показаны на рис. 3. Видно, что увеличение при температурах Ta = 450-1000C в течение 5 ч мощности возбуждающего излучения (W ) приводит к в атмосфере Ar, как при атмосферном давлении, так возгоранию как фиолетового, так и зеленого пиков ФЛ.

и в условиях гидростатического сжатия при давлении При этом энергетическое положение максимумов остаP = 12 кбар. Стационарная ФЛ в интервале длин волн ется неизменным. На вставке рис. 3 точками показаны = 340-850 нм возбуждалась излучением N2-лазера интенсивности пиков 400 и 520 нм, полученные после с длиной волны ex = 337 нм и мощностью 10 мВт.

разложения экспериментальных спектров на составляюПри измерении спектров нестационарной ФЛ также щие по закону Лоренца, как функция W. Пунктирныиспользовался азотный лазер с длительностью импульми линиями представлены теоретические аппроксимации са 7 нс и мощностью 16 мВт. Для изменения мощности экспериментальных зависимостей IPL от W. Анализ возбуждения использовались нейтральные фильтры. Все показал, что изменение интенсивности каждого из пиков измерения проводились при температуре T = 300 K.

в зависимости от мощности возбуждающего излучения Полученные спектры нормированы на спектральную чувносит линейный характер: IPL W, где = 1 для ствительность фотоэлектронного умножителя.

зеленого и 0.97 для фиолетового пика ФЛ.

На рис. 4 представлены кинетические зависимости интенсивности ФЛ для исходных пленок оксинитрида Результаты экспериментов кремния и пленок, имплантированных LD ионов Ge+ В наших экспериментах исходные пленки SiOxNy лю- после отжига при Ta = 1000C и атмосферном даминесцировали в фиолетовой области спектра с макси- влении и под давлением 12 кбар. На вставке рис. мумом интенсивности вблизи = 400 нм (рис. 1). От- показаны спектры нестационарной ФЛ пленок SiOxNy, жиг неимплантированных слоев оксинитрида кремния, имплантированных LD ионов Ge+ и отожженных при как при атмосферном давлении, так и при P = 12 кбар, Ta = 1000C, P = 12 кбар. Видно, что форма спектров не приводил к изменениям спектра ФЛ. Имплантация не изменяется во времени, а происходит лишь падение ионов Ge+ приводила к исчезновению ФЛ во всей интенсивности ФЛ. Подобным образом ведут себя и области спектра. Последующий отжиг сопровождался спектры нестационарной ФЛ от исходных слоев SiOxNy, вновь возрастанием интенсивности. При этом положение а также от имплантированных пленок после отжига при пиков ФЛ и их интенсивность IPL сильно зависели от Ta = 1000C, P = 1 бар. Для неимплантированных слоев температуры и величины давления во время отжига. оксинитрида кремния спад интенсивности ФЛ от вреДля сравнения на рис. 1 приведены спектры ФЛ пленок мени описывается экспоненциальной функцией с харакФизика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Исследование фотолюминесценции пленок SiOxNy, имплантированных ионами Ge+... Рис. 1. Спектры ФЛ неимплантированного оксинитрида кремния (non-impl. SiOxNy), а также пленок SiOxNy, имплантированных LD ионов Ge+ и отожженных при Ta = 800 (1, 3) и 1000C (2, 4) в течение 5 ч при давлениях 1 кбар (1, 2) и 12 кбар (3, 4). Мощность возбуждающего излучения W = 10 мВт/см2, длина волны возбуждения ex = 337 нм.

терным временем релаксации = 17 мкс. Для пленок, Обсуждение результатов имплантированных Ge+ и отожженных при P = 1бар, 12 кбар и Ta = 1000C, затухание ФЛ не подчиняется эксПрежде чем анализировать влияние отжига под давлепоненциальному закону. В этих случаях кривые затуха- нием на процессы эмиссии света в имплантированном ния удалось описать степенной функцией вида IPL, SiOxNy, обсудим возможные механизмы и природу ФЛ в где параметр = 4.22 и 4.29 для пленок, отожженных этих пленках. Линейная зависимость интенсивности ФЛ при атмосферном и высоком давлениях соответственно.

от мощности возбуждения показывает, что рекомбинация Характерные времена уменьшения интенсивности ФЛ в пленках оксинитрида кремния происходит не за счет в e раз имеют значения = 45 и 48 мкс соответственно. прямой рекомбинации электрона и дырки, например, внуВажно подчеркнуть, что величины и практически не три формирующихся в результате ионной имплантации и зависят от величины давления во время отжига. последующего отжига Ge нанокристаллов и нанокласте1 Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 132 И.Е. Тысченко, К.С. Журавлев, Е.Н. Вандышев, А. Мисюк, Р.А. Янков, Л. Реболе, В. Скорупа Рис. 2. Спектры ФЛ пленок SiOxNy, имплантированных ионами Ge+ дозами 2.1 · 1015 (LD), 5.8 · 1015 (MD) и 1.7 · 1016 см-2 (HD) после отжига при Ta = 1000C в течение 5 ч под давлением 12 кбар. Мощность возбуждающего излучения W = 10 мВт/см2, длина волны возбуждения ex = 337 нм.

ров, а через рекомбинационные центры. Кроме того, ха- су рекомбинации на центрах Si-Si [13]. Результаты рактер дозовой зависимости спектров ФЛ (рис. 2) указы- данной работы показывают, что в SiOxNy возгорание вает на то, что процессы рекомбинации связаны, скорее, зеленой полосы ФЛ происходит лишь с введением в не с крупными скоплениями атомов Ge, формирование матрицу атомов Ge. При этом роль атомов Ge в процескоторых предпочтительнее при внедрении больших доз сах рекомбинации может выражаться двояко. Они могут ионов Ge, а с центрами, состоящими из небольшого участвовать в образовании как центров поглощения изчисла атомов. Заметим, что подобные полосы ФЛ (400 лучения, так и излучающих рекомбинационных центров и 520 нм) наблюдались нами ранее в пленках нитрида (например, комплексы Si-Ge или Ge-Ge ). Покремния [12], причем они присутствовали в спектрах как следние, по-видимому, и являются источником зеленой исходного Si3N4, так и имплантированного ионами Ge+. полосы ФЛ. Фиолетовая полоса ФЛ присутствует как в В литературе эти две полосы ФЛ приписываются процес- спектрах исходных пленок, так и пленок, отожженных Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Исследование фотолюминесценции пленок SiOxNy, имплантированных ионами Ge+... Рис. 3. Спектры ФЛ пленок SiOxNy, имплантированных LD ионов Ge+ и отожженных при Ta = 1000C в течение 5 ч под давлением 12 кбар в зависимости от мощности возбуждающего излучения W с длиной волны ex = 337 нм. W, мВт/см2: 1 — 16, 2 — 14.4, 3 — 12.2, 4 —9.6, 5 —3.2, 6 —1.6, 7 — 0.48. На вставке — зависимости от мощности возбуждения интенсивности пиков ФЛ 400 и 520 нм, полученные разложением экспериментальных спектров на составляющие по закону Лоренца (точки), и теоретическая аппроксимация экспериментальных зависимостей (прямые линии).

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.