WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

новений рассматривается как одна из форм распростра- Рассматриваемая модель позволяет также естественнения тепла. Такой подход очень нагляден, однако обла- ным образом объяснить наблюдаемое легирование полудает очевидными недостатками: возбужденная область проводника металлом при сравнительно низкоэнергетиникогда не находится в равновесии и потому не может ческом электронном облучении, если энергия электробыть охарактеризована определенной температурой — нов оказывается выше порога дефектообразования.

макроскопические законы теплопроводности не распространяются на область малых временных интервалов и 3.2.2. Ионно-стимулированные процессы форрасстояний.

мирования химических соединений. Некоторые Модель тепловых клиньев используется тогда, когда не металлы, нанесенные на поверхность кремния, образуют все атомы в каскаде смещены из узлов. Таким образом, с ним химические соединения в результате термического в соответствии с моделью, линейные потери энергии отжига или ионной бомбардировки. В настоящее время бомбардирующего иона выделяются при его торможении наиболее изучены системы Ni–Si, Pd–Si, Cr–Si и Pt–Si.

мгновенно в виде тепловой энергии в небольшом объеме Основная закономерность, установленная в ходе исслекристалла, а затем распространяются по классическим дований процесса образования силицидов, заключается в законам теплопроводности. Расчеты показывают, что типонижении температуры их формирования при ионном пичное время жизни теплового клина порядка пикосеоблучении по сравнению с термическим вжиганием.

кунды, диаметр — 10 нм, а температура в центре клина Основную роль в понижении температуры образования может превышать температуру плавления материала.

силицидов играют процессы смещения атомов металла В соответствии с рассматриваемой гипотезой процесс и кремния из узлов соответствующих решеток за счет перемешивания границы связан с наличием тепловой ионной бомбардировки.

диффузии в области теплового клина. Очевидные трудноНаглядным подтверждением этого вывода являются сти вызвает выбор диффузионных констант. Численные данные, полученные при исследовании процессов форрасчеты, выполненные в рамках данной модели (см., намирования соединения Pt2Si в результате имплантации пример, [28]), показали невозможность количественного ионов Ar, Kr и Xe c энергией 300 кэВ [30]. Толщина объяснения имеющихся экспериментальных результатов, перемешанного слоя растет как квадратный корень из дочто связано прежде всего с малым значением времени зы имплантации. Поскольку при термической диффузии жизни теплового клина.

толщина легированного слоя пропорциональна квадратКачественно улучшить теорию позволяет учет эффек- ному корню из времени, можно сделать заключение о тов, связанных с радиационно-стимулированной диффу- близости механизмов данных процессов. Кинетика образией (РСД). Выше уже рассматривались возможные зования Pt2Si зависит от массы имплантируемых ионов.

причины ускорения диффузии примеси при облучении.

Так, при фиксированной дозе имплантации соотношение Основными из них являются: генерация избыточных толщин силицидов равно 3 : 2.2 : 1 для ионов Xe, Kr и вакансий и межузельных атомов, а также понижение Ar соответственно, что близко к отношению их масс энергетических барьеров для диффузии, связанное с 3.2 : 2.1 : 1 и ядерных энергетических потерь на единицу процессами ионизации кристалла при облучении. Сум- длины пробега (7.1 : 4 : 1) в пленках Pt, т. е. к отношению марный диффузионный поток примеси условно может темпов дефектообразования. В работе [31] при исследобыть описан суммой двух потоков, причиной которых вании процессов ионно-лучевого перемешивания тонких являются тепловая диффузия и диффузия, определяе- пленок Fe, нанесенных на поверхность Si и облученных мая облучением. Данный подход наглядно описывает ионами Xe+ с энергией 380 кэВ, также установлено, температурный ход перемешивания в широком интер- что толщина перемешанного слоя растет как квадратный вале температур, а также зависимость этого эффекта корень из дозы имплантации и увеличивается с ростом от интенсивности облучения. Очевидно, однако, что и температуры облучения.

при таком подходе невозможно теоретически получить На основании изложенного можно сделать вывод о точные значения диффузионных констант.

механизме ионно-лучевого перемешивания. На первом Эксперименты показывают, что в ходе ионно-лучевого этапе процесса налетающая частица вызывает смещение перемешивания наблюдается зависимость числа вне- из узлов соответствующих решеток атомов полупродренных атомов от температуры подложки при облу- водника и металла. Смещенные атомы двигаются из-за чении [29,30]. Эта зависимость носит активационный наличия градиентов концентраций по вакансиям или характер и соответствующая энергия активации оказыва- междоузлиям, как при обычной тепловой диффузии, но ется существенно меньшей, чем в аналогичном тепловом с меньшим значением энергии активации. Уменьшение процессе. Так, для систем Ni–Si и Co–Si она составляет энергии активации может быть связано с процессами 0.11 и 0.33 эВ соответственно вместо обычного значения ионизации толщи облучаемых материалов. Дополнитель1.5 эВ. В случае Nb–Si эти энергии равны 0.25 и 2.7 эВ, ным подтверждением этой гипотезы служат результаты Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 136 В.В. Козловский, В.А. Козлов, В.Н. Ломасов Облучение образцов проводилось протонами с энергией 25 кэВ, температура облучения Trad = 250C. Толщина напыленной пленки сплава AuGe была близка к величине проецированного пробега протонов. Видно, что в результате облучения ВАХ стала линейной, сопротивление контакта снизилось до величины 1.3 · 10-4 Oм · см2, не превышающей сопротивление контакта, получаемого при термическом вжигании сплава AuGe при температуре 450C.

Исследование состава поверхности полупроводниковых монокристаллов методом ЭСХА после облучения и снятия слоя металла показало, что наиболее высокий уровень легирования поверхности достигается в случае совпадения толщины пленки металла с величиной проецированного пробега протонов и нарастает с повышением температуры облучения, практически достигая насыщения на уровне нескольких объемных процентов Рис. 4. Вольт-амперные характеристики контактов при температуре 200–250C. Электрохимическое секAuGe–GaAs до (1) и после (2) облучения. ционирование с послойным измерением концентрации примеси показало, что обогащение полупроводника примесью происходит до глубины порядка десятых долей микрона. Наличие зависимости уровня и глубины лесравнительного исследования термического и ионногирования от температуры облучения и энергии бомстимулированного роста силицидов [32] с использованибардирующих частиц (эффект легирования отсутствует, ем маркеров — тонких слоев металлов, не образующих если проецированный пробег протонов меньше толщины силицидов и нанесенных между кремнием и изучаепленки металла на несколько страгглингов) позволяет мым металлом. Данные эксперименты показали наличие предположить, что процесс легирования происходит в встречных потоков металла и кремния в ходе обоих два этапа: на первом атом металла внедряется в полуизучаемых процессов.

проводник, а на втором происходит РСД этих атомов по В большинстве опубликованных к настоящему времедефектам, генерируемым излучением. Внедрение атомов ни работ исследования ионно-стимулированных процесметалла может происходить либо за счет имплантации сов легирования проводились при температурах порядка атомов отдачи (ИАО), либо из-за радиационного поникомнатной. При таких условиях облучения в полупроводжения энергетического барьера для тепловой диффузии нике возникают радиационные нарушения, оказывающие на границы раздела металл–полупроводник.

в ряде случаев нежелательное влияние на электричеПри исследовании ионно-стимулированного образоваские свойства границы раздела металл–полупроводник.

ния химических соединений в системе Ni–Si энергия В то же время именно электрические свойства границы протонов выбиралась таким образом, чтобы пробег чаявляются определяющими с точки зрения возможных стиц был меньше, больше или равен толщине пленки технических приложений.

металла, нанесенной на Si. Такие эксперименты позволяВ работах [33,34] изучались процессы протонно-стимуют оценить относительные вклады дефектообразования и лированного легирования поверхности монокристаллов возбуждения электронной подсистемы (снижение энерSi и GaAs в диапазоне температур 20–500C. В качестве гетических барьеров диффузии и химических реакций) в легирующего материала были выбраны металлы Ni и Au.

процесс формирования силицидов.

Пленка металла наносилась на химически очищенную Облучению протонами подвергались образцы кремния поверхность полупроводниковых монокристаллов путем термического распыления в вакууме или электрохими- марки КДБ-10 толщиной 300 мкм. На обе стороны пластины химически осаждался Ni толщиной d = 0.5мкм.

ческого осаждения. Ее толщина выбиралась больше, После облучения протонами одной стороны образца Ni меньше или равной величине проецированного пробега протонов. Для изучения состава приповерхностных сло- химически стравливался. На рис. 5 приведены ЭСХА спектры, снятые с лицевой стороны образца, облученноев полупроводниковых материалов до и после облучения го протонами с энергией 50 кэВ (d > Rp) при темпераиспользовался метод электронной спектроскопии для химического анализа (ЭСХА), для регистрации элек- туре 280C, и с обратной, контрольной стороны. Пики с трических свойств контактных систем снимались вольт- энергией 99.5 и 103.4 эВ соответствуют 2p-электронам амперные характеристики (ВАХ), для контроля распре- Si в монокристаллическом Si и SiO2; пик с энергией деления примесей применялись методы ВИМС и мече- 853.5 эВ — 2p-электронам Ni в силициде. Как видно из ных атомов. Об эффективности легирования приповерх- рис. 5, наличие Ni обнаруживается только на облученной ностной области полупроводника примесью свидетель- стороне образца. По данным ЭСХА концентрация Ni на ствует приведенная на рис. 4 ВАХ контакта AuGe–GaAs. поверхности составляет 25–30 ат%. Близость состава и Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Модифицирование полупроводников пучками протонов К настоящему времени в литературе приводится мало данных об исследовании ионно-стимулированных процессов на поверхности монокристаллов сложных узкозонных соединений и о сравнении данных, полученных для этих материалов, с соответствующими данными для традиционных полупроводниковых монокристаллов.

В работе [37] проведено исследование процессов радиационного легирования примеси (Ag) из источника, нанесенного на поверхность монокристаллов n-PbSe.

Распределение примеси исследовалось методом радиоактивных индикаторов (по изотопу Ag). Показано, что распределение Ag после облучения образца протонами с энергией 150 кэВ при температуре 10C сильно отличается от термодиффузионного. Если предположить, что миграция Ag в PbSe идет по вакансиям, то диффузионная длина вакансии по данным этой группы экспериментов составит примерно 5 мкм. Об электрической активности введенного облучения Ag говорят полученные ВАХ образцов, облученных в тех же условиях и отличающихся только источником диффузии, который представлял Рис. 5. Спектры, полученные с облученной (a) и необлучен- собой тонкую пленку нерадиактивного Ag, нанесенную ной (b) сторон образца Ni/Si методом электронной спектроско- на поверхность методом термического осаждения в вапии для химического анализа.

кууме.

Таким образом, результаты электрических измерений и измерения распределений элементов свидетельствуют о легировании приповерхностной области полупроводполученных ЭСХА спектров к составу и спектрам соединика атомами диффузанта при его облучении протонами, нения NiSi2 говорит в пользу того, что при облучении причем это явление не может быть объяснено чисто возникает именно это соединение. При температурах тепловым эффектом. Результаты экспериментов можно облучения ниже 150C образования химических соедиобъяснить, исходя из того, что облучение эффективно нений методом ЭСХА установить не удалось. Соединегенерирует атомы, обладающие энергией, достаточной ние NiSi2 образуется при 200–250C и в том случае, для преодоления барьера металл–полупроводник. В дальесли проецированный пробег больше толщины пленки нейшем атом примеси диффундирует в глубь полупрометалла. При этом ионизационные потери на межфазной водника. О диффузионном характере процессов свидегранице превышают упругие, и вклад ИАО в эффект тельствует факт уменьшения сопротивления контактов легирования уменьшается.

при облучении образцов при повышенной температуре.

Роль электронных возбуждений и ионизации в области Нужно отметить, что наблюдаемые при ионно-лучевом границы раздела металл–полупроводник специально эксперемешивании границы металл–полупроводник законопериментально исследовалась в работе [35], в которой мерности характерны и для других материалов, наприпри температуре 80 K (для предотвращения термичемер для структур металл–керамика [38].

ской миграции РД) проводились облучения ионами Ta с энергией 0.89 ГэВ монокристаллов Si с нанесенны3.3. Влияние поверхности ми на поверхность пленками Ti и Ni толщинами окона радиационное дефектообразование ло 15 нм. При такой энергии бомбардирующих ионов и перераспределение примесей в кремнии основные потери их энергии вблизи границы раздела при высокотемпературном протонном металл–полупроводник связаны с электронными возбуоблучении ждениями и ионизацией атомов решетки кремния. В результате облучения установлено перемешивание граниИсследования высокотемпературного радиационного цы Ti/Si на глубины порядка 5 нм. Возможные механизмы дефектообразования (РДО) в приповерхностных облаперемешивания в работе не обсуждаются.

стях полупроводниковых кристаллов важны как с точки Таким образом, результаты исследования процессов зрения изучения влияния поверхности на процессы делегирования поверхности полупроводниковых материа- фектообразования, так и с позиции изучения влияния РД лов при облучении могут быть объяснены эффективным на свойства поверхности полупроводников.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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.