WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

на диффундирующую примесь. В работе [22] было Такая модель принимает во внимание образование в установлено, что в состав такого комплекса должен процессе протонной бомбардировки избыточных ваканвходить атом кислорода. Для объяснения электростасий, увеличивающих коэффициент диффузии примесей, тического притяжения радиационных дефектов (РД) и возникновение комплексов примесей с радиационныиона бора, следствием которого является появление ми дефектами в районе Rp, где концентрация дефекэкспериментально наблюдаемого максимума на КПРП тов максимальна, и электростатическое взаимодействие (рис. 3), у этого РД должен быть положительный закомплексов с диффундирующей примесью. Достоинство ряд. Простейший из кислородсодержащих комплексов — этой модели в том, что при таком подходе малая A-центр (комплекс вакансия–кислород), как правило, часть примеси, образовавшей малоподвижные комплекзаряжен в кремнии отрицательно или нейтрален [15] сы, эффективно управляет процессом перераспределения и поэтому не может быть причиной наблюдаемого в основной массы примеси; при этом поток примеси и экспериментах втягивания отрицательных ионов бора в дефектов, вызывающий комплексообразование, пренеобласть Rp. Таким дефектом может быть положительбрежимо мал в сравнении с рекомбинационным (для но заряженный K-центр (вакансия–кислород–углерод).

дефектов) и диффузионным потоками.

Уровень энергии положительно заряженного K-центра Полная система уравнений, описывающая перемеще(донорный уровень) находится на расстоянии 0.30 эВ ние примеси в процессе ПСД в рамках данной моот потолка валентной зоны. Вероятность образования дели, включает в себя уравнения непрерывности для положительно заряженного дефекта (вероятность отвакансий и межузельных атомов, для потока примесей сутствия электрона на донорном уровне) зависит от по вакансиям (”медленная” компонента диффузии), для положения уровня Ферми и составляет для кремния, ”быстрого” диффузионного потока примеси, а также легированного акцепторной примесью с концентрацией уравнения Пуассона. Уравнение непрерывности ПСД 1017 см-3, 10% (EF EV + 0.40 эВ при температудля примесных атомов, диффундирующих по вакансиям, ре облучения Trad = 1000 K). Поскольку из расчетов имеет вид [21] по уравнению (2) следует, что для объяснения экспериментальных результатов по ПСД бора в кремнии CS 2CS 2VS V A = V - CS + qCS необходимо, чтобы концентрация нескомпенсированных t x2 x2 x x положительно заряженных радиационных комплексов CS + qV + qVCS + 1VCI - 2VCS, (2) была порядка 1016 см-3, полная концентрация K-центров x x xдолжна составлять 1017 см-3. Заметим, что вероятгде A — постоянная, — электростатический потенциал ность образования положительно заряженного дефекта (в единицах kT /e), 1 и 2 — рекомбинационные коэф- возрастает с увеличением концентрации носителей зафициенты, q — заряд диффундирующего иона. Первый ряда и для концентрации 1019 cм-3 составляет 90% член правой части уравнения (2) описывает тепловую (EF EV + 0.1эВ при Trad = 1000 K). Однако, поскольку диффузию примеси, второй член учитывает восходящую радиус экранирования заряда такого дефекта обратно диффузию примеси под действием градиента вакансий, пропорционален корню квадратному из концентрации следующие три члена соответствуют движению приме- носителей заряда, действие кулоновского взаимодейси в неравномерно распределенном электростатическом ствия будет уменьшаться с ростом концентрации легируполе. Два последних члена в уравнении (2) учитывают ющей примеси. При C 1019 см-3 радиус экранирования переход примеси из узла в междоузлие за счет реакций становится величиной меньшей, чем среднее расстояние (1). Учет электростатического взаимодействия позво- между ионизованными атомами примеси, поэтому внуляет объяснить экспериментальные данные, полученные тренним электрическим полем можно пренебречь.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Модифицирование полупроводников пучками протонов Проведенный теоретический анализ позволил оце- которым примесь, нанесенная на поверхность кристалла нить вклад каждого из четырех механизмов протонно- после его облучения, перемещается по вакансиям, генестимулированной диффузии (ПСД) и адекватно интер- рируемым в ходе отжига сложных радиационных дефекпретировать известные из литературы [11,17,19,20] экс- тов. Поверхность в этом расчете считалась стоком для периментальные данные, не поддававшиеся объяснению вакансий. Концентрация примеси C, диффундирующей по в рамках какой-либо одной модели ПСД. вакансиям, находилась из уравнения непрерывности [24] Установление природы ПСД позволило разработать C DV 2C 2V методы ее эффективного использования. Главное досто= V - C, (3) t N x2 xинство ПСД — возможность создания сложных профилей распределения примесей, которые невозможно где DV — коэффициент диффузии вакансий, N — конценформировать другими методами. Так, в процессе ПСД трация атомов матрицы. Распределение вакансий в провозможно перемещение примеси, увеличивающее градицессе диффузионного отжига вычислялось из уравнения ент ее концентрации. В работе [17] удалось с помощью V K(x) t V 2V ПСД сформировать профили с градиентом концентрации = B exp - - + DV. (4) t k k V x 2 · 1024 см-4. Местоположение крутого участка профиля в образце задается энергией протонов. Профили Здесь k и V — времена жизни комплексов и ваканраспределения примеси с повышенной крутизной предсий, K(x) — концентрация комплексов, B — количеставляют большой интерес, особенно для производства ство вакансий, освобождающееся при распаде одного СВЧ приборов. Достоинство способа создания таких комплекса. Первый член правой части уравнения (4) приборов с помощью ПСД заключается в том, что он подает темп генерации вакансий при распаде вакансионных зволяет формировать крутые профили распределения на комплексов, второй член описывает убыль вакансий в заданной глубине и при температуре, значительно более приближении мономолекулярной рекомбинации, третий низкой, чем при тепловой диффузии. Кроме того, таким член описывает диффузию вакансий. Численные расобразом можно управлять профилем распределения причеты показали, что при DV < 10-6 cм2/c профиль меси в каждом из слоев многослойной структуры. Друраспределения вакансий с хорошей точностью повторяет гим интересным примером применения ПСД являются профиль распределения радиационных комплексов, сотак называемые ”ступенчатые” профили распределения зданных протонным облучением [24]. В случае малых примеси, необходимые для создания структур лавиннозначений DV в уравнении (4) можно опустить последний пролетных диодов [1].

член, и уравнение (4) решается аналитически прямым Значительный интерес ПСД представляет как меинтегрированием тод радиационной локализации активной области поt t V лосковых AlGaAs-гетеролазеров [23]. Эксперименты V = K(x) exp - - exp -. (5) k V k - V по локальному управлению распределением алюминия по глубине квантово-размерной гетероструктуры путем Совместное решение уравнений непрерывности для вапротонного облучения показали, что облучение при темкансий и примеси позволило оценить влияние конпературах 200–250C позволяет эффективно перераспрецентрации, коэффициента диффузии и времени жизделять алюминий в локальных областях гетероструктуры ни дефектов на профиль распределения легирующей GaAs/GaAlAs и обеспечивать боковое электронное и примеси. Сравнение результатов расчета с эксперименоптическое ограничение активной области полоскового тальными результатами, полученными при исследовагетеролазера. Раздельное влияние отжига при вышени диффузии серы и меди в облученном протонами указанных температурах или облучения при меньших GaAs [24], позволило оценить типичные значения вышетемпературах не приводит к миграции алюминия либо указанных параметров. Для Trad = 1000 K они составили:

в силу малой концентрации точечных дефектов, либо в DV = 3 · 10-4 см2 · c-1, k = 100 c, V = 10-4 c, значение силу их малой подвижности.

K(Rp) 1017-1018 cм-3.

Развитые представления о диффузии примесей в пред3.1.2. Диффузия примесей в предварительно варительно облученный кристалл оказались весьма эфоблученный полупроводниковый кристалл. Ха- фективными и для объяснения экспериментальных данрактерная особенность данного вида ПСД состоит в ных по начальному этапу низкотемпературного отжига том, что процессы генерации радиационных дефектов, ионно-имплантированных слоев полупроводников [25].

ответственных за ПСД, и процессы перемещения при- Отклонение формы профилей распределения примеси меси разнесены во времени. При проведении такого от гауссовой можно объяснить, предположив, что в вида ПСД монокристаллы полупроводника облучаются начальный момент отжига на диффузию примесей замепри температурах, близких к комнатным, после чего щения сильное влияние оказывает генерация вакансий, проводится тепловая диффузия в облученный материал. образующихся при распаде вакансионных комплексов.

В работе [24] показано, что имеющиеся эксперимен- На этом этапе низкотемпературного отжига необходимо тальные данные могут быть описаны в приближении рассматривать диффузию в кристалле с неравномерным вакансионного механизма диффузии, в соответствии с по глубине и нестационарным распределением вакансий.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 134 В.В. Козловский, В.А. Козлов, В.Н. Ломасов 3.2. Процессы ионно-лучевого перемешивания рассчитывалось общее число атомов отдачи, достигающих подложки, зависимость числа атомов отдачи от Развитие микроэлектроники порождает все возрастатолщины пленки металла и профиль распределения атоющий интерес к процессам, происходящим вблизи свомов отдачи в подложке. Количество атомов, смещенных бодной поверхности полупроводника и границы раздела одним падающим ионом, определялось соотношениметалл–полупроводник. Исследования влияния облучеем [26] ния на поверхность полупроводника показали наличие Em 1/двух эффектов, имеющих большое практическое зна = 0.303, (6) чение: накопление дефектов в приповерхностной обла- Ed сти и радиационно-стимулированное введение примеси где Ed — энергия связи атомов в решетке (порог смещев монокристалл полупроводника из нанесенного на пония), верхность источника. В частности, было установлено, 4M1Mчто в результате ионного облучения структуры металл– Em = E, (7) (M1 + M2)полупроводник возможно при сравнительно малых дозах получить более высокий уровень легирования поверхногде E — энергия иона, M1 — масса иона, M2 — масса сти полупроводника металлом, чем в случае высокодозатома металла. Из приведенных формул очевидно, что ной имплантации. При облучении гетерогенных систем, число атомов отдачи может превышать число бомбардинапример металлическая стенка, служащая источником рующих ионов.

диффузии – полупроводник, наряду с внедрением атоПолное число внедренных в полупроводник атомов мемов материала пленки в полупроводниковую подложку талла авторы теории получали интегрированием спектра может наблюдаться и внедрение атомов полупроводника выбитых атомов с учетом вероятности их прохождения в металлическую пленку. Эти процессы получили единое сквозь соответствующую часть металлической пленки.

название ионного-лучевого перемешивания (ИЛП). ВыРасчет, выполненный для случая бомбардировки ионами сокая ожидаемая технологическая эффективность проP+ с энергией 100 кэВ пленки олова (10 нм) на графицесса перемешивания вызвала значительный интерес, одтовой подложке, показал, что изменение концентрации нако, несмотря на наличие многочисленных публикаций, введенной примеси на 2 порядка по сравнению с поверхвопрос о природе эффекта остается открытым. К настояностной концентрацией происходит на глубине порядщему времени предложено несколько гипотез, делающих ка 10 нм. Такая малая глубина проникновения примеси попытку объяснить это сложное явление. Краткое их связана с тем, что большинство атомов отдачи имеют изложение и анализ представлены в разд. 3.2.1.

энергию около десятка эВ, и их движение ограничено Следует отметить, что в основной массе опубликованрасстояниями порядка 1–2 атомных слоев.

ных работ использовалось облучение образцов не только протонами, но и более тяжелыми ионами, однако меха- Количество внедренных в полупроводник атомов металла определяется при фиксированной энергии бомбарнизм явления остается одинаковым независимо от вида дирующих частиц только дозой облучения, слабо измеиспользуемых ионов. Сравнение результатов облучения тестовых структур ионами разных масс и энергий позво- няется с температурой и не зависит от интенсивности ляет сделать обоснованные выводы о применимости той потока бомбардирующих частиц. Эффективность внедреили иной модели явления. ния ионов металла в полупроводник возрастает с ростом массы бомбардирующих ионов, хотя в принципе имплантация атомов отдачи возможна при воздействии любых 3.2.1. Теоретические представления о физике частиц, обладающих достаточно большой энергией.

радиационно-стимулированных процессов на Очевидно, что возможны иные подходы к расчету границе металл–полупроводник. Исторически количества атомов, смещенных одним падающим иопервой попыткой теоретического объяснения природы ном. Этот подход опирается на вычисление по теоИЛП является сведение этого явления к имплантации рии Линхарда–Шарфа–Шиотта полной энергии, израсатомов отдачи, которая связана с появлением в ходованной в упругих столкновениях, с последующим решетках металла и полупроводника каскада смещений, применением формулы Кинчина–Пиза. Нужно отметить, порожденного первичным ионом. В результате однако, что такой подход не меняет принципиальных смещенные атомы металла внедряются в полупроводник.

выводов теории, которая не объясняет целый ряд эксВ этом случае распределение имплантированных атомов периментально наблюдаемых явлений: наличие темпеоказывается не гауссовским в отличие от прямой ионной ратурной зависимости уровня легирования полупроводимплантации.

Впервые эта задача последовательно решалась в рабо- ника, нелинейную зависимость эффекта перемешивания те [26]. Для получения теоретического профиля распре- от числа атомов в бомбардирующем ионе, легирование деления примеси на основе теории радиационного каска- полупроводника металлом при облучении структуры да записывалась каскадная функция с учетом неупругих металл–полупроводник электронами с энергией около потерь энергии иона и анизотропии рассеяния. На основе 1МэВ [27]. Часть этих затруднений устраняется в полученных энергетических спектров каскадных атомов модели тепловых клиньев.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Модифицирование полупроводников пучками протонов Гипотеза тепловых клиньев представляет собой макро- а для Cr–Si — 0.2 и 1.4 эВ соответственно. Природа скопическое описание процессов передачи энергии узло- понижения энергии активации в настоящее время не до вым атомам решетки от движущегося иона. Смещение конца ясна, однако наличие подобных экспериментальатомов из узлов и возникающий при этом каскад столк- ных зависимостей говорит в пользу важности роли РСД.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |



© 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.