Структура кристаллов кремния после имплантации ионами бора, мышьяка, гелия, фосфора, аргона и азота Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 592:539. 2:537.533.2

И.А. Зельцер, Е.Н. Моос СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ ПОСЛЕ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНАМИ БОРА, МЫШЬЯКА, ГЕЛИЯ, ФОСФОРА, АРГОНА И АЗОТА

Приведены результаты экспериментальных исследований структуры кристаллов кремния после имплантации ионами бора, мышьяка, гелия, фосфора, аргона и азота. Показана высокая чувствительность метода трехкристальной рентгеновской дифрактомет-рии к нарушениям поверхностной структуры полупроводниковых кристаллов.

имплантация, кривая рентгеновского отражения, межплоскостное расстояние, трехкристальный рентгеновский спектрометр.

1. Введение

В настоящее время ионная имплантация является одним из широко используемых способов направленного изменения поверхностных свойств материалов. Основная область применения ионной имплантации - введение примесей в полупроводниковые кристаллы.

Образующиеся при имплантации радиационные дефекты требуют проведения дополнительной термической обработки, при этом создаются определенный профиль распределения атомов примесей и профиль деформации решетки по глубине, обусловленный перераспределением примесей и радиационных дефектов при отжиге [3].

Метод интегральных характеристик [1] позволяет по экспериментальным двух- и трехкристальным кривым рентгеновского отражения определить количественные характеристики структуры приповерхностных нарушенных слоев - среднее

изменение межплоскостного расстояния в слое (Ad / d) и эффективную толщину нарушенного слоя (L эфф), не прибегая к конкретной модели деформации.

Метод может быть эффективно использован для анализа структуры имплантированных слоев полупроводниковых кристаллов, полученных при различных температурах и дозах имплантированных ионов. Разрешение метода при определении изменения Ad равно 10 -3 - 10 "4 нм, чувствительность по глубине

0,1 мкм. Основными задачами данной части работы являлось выяснение методических сторон метода интегральных характеристик и анализ структуры поверхностных слоев кремния при различных режимах имплантации и последующего отжига с целью их оптимизации.

В настоящей работе метод интегральных характеристик применялся для анализа структуры нарушенных слоев монокристаллов кремния, облученных различными ионами, а также для изучения кинетики отжига дефектов в моно-

кристаллах кремния, облученных ионами бора. Микроструктура поверхностных нарушенных слоев после имплантации изучалась в просвечивающем электронном микроскопе.

2. Кристаллы кремния после облучения ионами гелия, азота, фосфора и аргона

Исследовались пластины кремния (111) КЭФ-4,5, облученные ионами гелия, азота, фосфора, аргона.

Облучение было проведено при комнатной температуре на установке «Везувий-1» в условиях, исключающих каналирование. Энергия ионов Е = 100 кэВ. Доза D = 200 мкКл/см2.

Съемка кривых дифракционного (111) отражения (КДО) от монокристаллов Si, облученных и не облученных ионами, проводилась в режиме «почти собственных» кривых [1] с помощью трехкристального рентгеновского спектрометра [1], излучение Си Ка.

Зависимость интегральных характеристик нарушенных слоев L эфф.

и М. / d от массы имплантированных ионов приведена на рисунке 1. Как видно

из рисунка, с увеличением массы ионов Ц,фф. уменьшается, Дd / d в области М1 < < М2 возрастает, а в области М1 > М2 падает.

Известно [3], что в процессе замедления в зависимости от энергии и массы имплантируемых ионов М1 , а также массы мишени М2 ион выбивает большее или меньшее число атомов мишени из узлов ее кристаллической решетки. Это приводит к накоплению вблизи траектории иона вакансий, междоузельных атомов и сложных дефектов решетки (кластеров).

Тяжелые ионы при столкновениях могут передавать атомам решетки энергии больше, чем легкие ионы. Смещенные атомы в зависимости от приобретенной энергии в свою очередь смещают со своих мест другие атомы решетки. Развивается каскад столкновений. На рисунке 2 показаны особенности в схеме образования радиационных дефектов в случае имплантации легких (а) и тяжелых (б) ионов.

^эфф. Л^/ &

от массы имплантируемых для ионов массы

При определенных значениях дозы, энергии, массы ионов разоупорядо-ченные области перекрываются и, наконец, образуется аморфный слой определенной толщины, в котором отсутствует дальний порядок решетки.

Число радиационных дефектов и их распределение зависят от массы иона, температуры, энергии, дозы и эффекта каналирования. Концентрация радиационных дефектов оценивается по доле энергии, передаваемой твердому телу в процессе столкновений.

а 5

Рис. 2. Схема образования радиационных дефектов в твердом теле при облучении легкими (а) и тяжелыми ионами (б) [3]

Можно предположить в первом приближении, что

Ьэфф. теор ~ р1 ^, (!)

М / й * р’2 • Тт, (2)

где R - средняя длина пути иона, Тт - максимальная энергия, передаваемая движущимся ионом атома мишени при столкновении, р, Р2 - коэффициенты пропорциональности .

Для аморфного тела в работе [3] получены аналитические выражения для параметров R и Тт:

1 Е йЕ

R“ N {(3)

Т = 4 М1М2 Е / (Мі + М2)2, (4)

где Se, Sn - сечения электронного и ядерного торможения, Мі и М2 - соответственно масса иона атома мишени.

Применяя выражения (3) и (4), а также формулу

Тт

Я. (Е) = | Т,ёс( ЕТ),

0

получим в приближении Se (Е) = 0,

^ ^ (М, + М2)2

Кеор.і м і) - к Л :А ,л2) , (5)

М1 • М 2

где К1 - коэффициент пропорциональности, Тп - энергия, передаваемая движущимся атомом атомам мишени при столкновении.

Тогда выражения для Ь эфф, теор. и (Аё / ё) теор преобразуются к следующему виду:

(М + м~ )2

(Ь ) * р1 М1^М2 , (6)

эфф. теор. 1 2

(Аё / ё) «р~-1----^-, (7)

4 )теор. 2{МХ + М 2)2 (7)

где Рі = РІ • К Р2 = 4Е • Р2 .

Таким образом, сопоставив полученные экспериментально зависимости интегральных характеристик Ц,фф. и (Ай / й) теор от массы иона с теоретическими зависимостями для аморфного слоя, можно выявить особенности торможения ионов в реальных кристаллах, а также характер взаимодействий ионов

с кристаллической решеткой. Теоретические зависимости Ц,фф. и (Ай/ й)теор приведены на рисунке 3.

Рис. 3. Расчетные зависимости Lэфф. и ДдМ от массы имплантируемых ионов

Для сравнения экспериментальных кривых (рис. 1) с теоретическими выделим на оси масс ионов два участка: 1) участок ионов (МУ < М2) и 2) участок тяжелых ионов (МУ > М2). М2 - атомная масса кремния, М2 = 28.

Рост Ай / й на первом участке вызван тем, что при увеличении массы иона в процессе торможения все больше энергии передается атомам решетки кремния и, следовательно, большее число атомов выбивается из узлов решетки. Выбитые из своих мест атомы смещают в свою очередь другие атомы мишени, вызывая каскад столкновений, при этом возрастает количество междоузельных атомов кремния. При равенстве масс МУ и М2

(Ай/й)теор достигает своего максимального значения. Небольшое уменьшение (Ай/й)теор наблюдается на втором участке, где МУ > М2. Более рез-

кое изменение на этом же участке (Ай / й)эксп объясняется образованием

и ростом аморфных областей. Поскольку аморфный слой образуется в основном в области, соответствующей максимальной концентрации радиационных дефектов, размер которой возрастает с ростом массы иона, то

(Ай / й) эксп. при этом резко уменьшается.

Уменьшение Lэфф. теор. на первом участке связано с тем, что при увеличении массы иона растет энергия, передаваемая им атомам мишени, что приводит к его замедлению и уменьшению длины пробега; при МУ= М2 Ьэфф.теор. достигает минимального значения и затем начинает слабо расти при МУ > М2.

Поскольку выражение для L эфф, теор, получено для аморфного твердого тела, в нем не учитывается взаимодействие ионов с кристаллической решеткой, которое приводит к росту аморфных областей, не участвующих в дифракционном отражении. Это обусловливает более резкое уменьшение Lэфф, экс. на участке кривой для тяжелых ионов.

Использование метода интегральных характеристик, таким образом, позволило определить изменение структурных характеристик при имплантации ионами различной массы.

При облучении ионами гелия, азота, фосфора, аргона (Е = 100 кэВ и Д = = 200 мкКл/см2) наблюдаются две области, качественно различные по характеру взаимодействия ионов с атомами мишени:

- легких ионов (МУ < М2 ), где в основном образуются междоузельные атомы, концентрация которых с увеличением массы имплантированного иона возрастает;

- тяжелых ионов (МУ > М2 ), где идет образование и рост толщины аморфного слоя при увеличении массы иона.

3. Кристаллы кремния после облучения ионами бора и последующего отжига

Кристаллы кремния КЭФ-4,5 были облучены ионами бора с энергией Е = 100 кэВ и дозой D = 100 мкКл/см2. Облучение проведено на установке «Везувий» при комнатной температуре. Затем кристаллы кремния отжигали в инертной атмосфере азота в течение 20 минут при температурах от 300 до 1000 °С.

Съемка кривых дифракционного (111) отражения от монокристаллов Si, облученных ионами бора, после изохронного отжига проводилась в режиме «почти собственных» кривых с помощью трехкристального рентгеновского спектрометра [1], излучение СиКа .

Параметры нарушенных поверхностных слоев кристаллов кремния L эфф.

и Ай / й после имплантации и отжига приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры нарушенных поверхностных слоев кристаллов кремния L эфф. и Ad / d после имплантации и отжига

T, °с Lэфф, мкм Ad/d-10-4

20 0,4156 3,4138

300 0,4561 4,4771

350 0,399 2,46

400 0,3587 1,1710

450 0,3875 0,27

500 0,4207 -0,3217

550 0,4213 0,49

600 0,4217 1,9072

650 0,4285 -0,52

700 0,4203 -3,1246

750 0,3765 -2

800 0,3488 -0,7686

850 0,3760 -0,85

900 0,4017 -0,9587

950 0,3834 -1,73

1000 0,3558 -2,2960

Приповерхностные области пластин кремния после облучения и отжига изучены в просвечивающем электронном микроскопе «Tesla BS-163» при ускоряющем напряжении 80 кВ. Предварительно пластины кремния утончались методом односторонней химической полировки в растворе HNO3:HF:CH3COOH = = 3:1:1. На рисунках 4-6 приведены микрофотографии образцов кремния в исходном (после облучения) и после отжига при 900 и 1000 °С.

л

_ 0,£мкм

Рис. 4. Микроструктура приповерхностной области пластины кремния (111) после имплантации ионов бора,

Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2 (61014 ион/см2)

Рис. 5. Микроструктура приповерхностной области пластины кремния (111) после имплантации ионов бора,

Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см (6-1014 ион/см') и отжига при 900 °С в течение 20 минут

Рис. 6. Микроструктура приповерхностной области пластины кремния (111) после имплантации ионов бора,

Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2 и отжига при 1000 °С в течение 20 минут

Видно, что в облученных образцах отсутствуют выделения фаз или дефекты дислокационного типа (рис. 4). Повышение температуры отжига до 900 °С приводит к образованию мелких дислокационных петель (рис. 5), при температуре 1000 °С в приповерхностном слое наблюдаются дислокационные петли

внедренного типа (рис. 6) размером от десятков до нескольких тысяч наномет-

8 2

ров с плотностью порядка 10 см . Это свидетельствует о коагуляции дислокационных петель при температуре 1000 °С. Наряду с дислокационными петлями, в образцах присутствуют дисперсные частицы, которые не дают собственных рефлексов на электронограмме.

На рисунке 7 приведены зависимости интегральных характеристик нарушенных слоев Lэфф. и Ad / d от температуры отжига для кристаллов кремния (111) КЭФ-4,5, облученных ионами 51+1 и отожженных при температуре 3001000 °С.

Рис. 7. Экспериментальные зависимости интегральных характеристик Ьзфф. и Ad / d нарушенных приповерхностных слоев кристаллов кремния от температуры изохронного отжига

Зависимости Lэфф. и Ad / d от температуры отжига имеют осциллирующий характер. Можно выделить пять интервалов температур, в которых меняется ход зависимостей Lэфф. и Ad / d .

При температурах отжига 300-500 °С наблюдается уменьшение Ad / d, что соответствует сжатию кристаллической решетки и может быть обусловлено:

- уменьшением доли замещающих атомов бора при замене их междо-узельными атомами кремния;

- аннигиляцией вакансий и междоузельных атомов кремния.

В интервале температур 500-600 °С наблюдается рост параметра Ad / d, что может быть обусловлено внедрением бора в междоузлия решетки и растяжением последней. В работе [3] при исследовании полупроводниковых кристаллов кремния, имплантированных бором и отожженных при температурах 500600 °С, также наблюдалась стадия так называемого «отрицательного» отжига при дозе облучения более 1014 ион/см2.

Дальнейшее повышение температуры приводит к уменьшению Ad / d, что обусловлено образованием дислокационных петель внедрения и, как следствие, уменьшением доли междоузельных атомов. Кроме того, в соответствии с результатами работы [3] может иметь место рекомбинация междоузельных атомов бора с термически активированными вакансиями. Третьим процессом может быть рекристаллизация, что подтверждается наблюдаемым ростом параметра Ьзфф. в данном диапазоне температур (600-700 °С).

На четвертом этапе отжига (700-800 °С) наблюдается небольшой рост

Ad / d, что может быть связано с начальными стадиями зарождения дислокационных петель, уходом внедренных и междоузельных атомов в дисперсные выделения и дислокационные петли. Это предположение подтверждается результатами электронно-микроскопических исследований (рис. 4-6).

При температурах 800-1000 °С наблюдается спад Ad / d. Последнее, по-видимому, обусловлено ростом и коагуляцией дислокационных петель, уходом внедренных и междоузельных атомов в дисперсные выделения и дислокационные петли. Это предположение подтверждается результатами электронно-микроскопических исследований (рис. 4-6).

Таким образом, с помощью данной методики возможно рассчитать параметры нарушенных слоев при имплантации полупроводниковых кристаллов, изучить кинетику отжига дефектов кристаллической решетки и определить оптимальный интервал температур отжига имплантированных кристаллов.

Рекомендуемый режим отжига пластин кремния, имплантированных ионами бора, - 900-1000 °С.

4. Кристаллы кремния после облучения ионами мышьяка и последующего отжига

Были исследованы пластины монокристаллического кремния марки КЭФ-4.5/0.1, легированного фосфором ^ = 1,05-1015см"3, ТУ 48-4-295-74), ориентации (111) ± 0,1°.

Проводилась съемка КДО на трехкристальном рентгеновском спектрометре от пластин кремния, прошедших химико-механическую полировку и травление при различных режимах. Изучены пластины кремния, имплантированные ионами мышьяка

2 14 2 2 15

с энергией 100 кэВ, дозами 100 мкКл/см (6-10 ион/см ) и 1000 мкКл/см (6-10 ион/см2). На пластинах, облученных ионами мышьяка с дозой 1000 мкКл/см2, проводился высокотемпературный отжиг при 800, 1000, 1100 °С.

Измерения кривых дифракционного отражения проводились на трехкристальном рентгеновском спектрометре с использованием трехкристальной схемы дифракции. Снимались (111) кривые отражения первого порядка на СиКа излучении в режиме съемки почти «собственных» кривых дифракционного отражения.

Расчет характеристик нарушенных слоев кристаллов после имплантации и отжига проводился по схеме, предложенной в работе [1].

В таблице 2 приведены параметры КДО кристаллов кремния, прошедших первый этап химико-механической полировки и полностью выполненную операцию химико-механической полировки.

Таблица 2

Параметры кривых дифракционного (111) отражения кристаллов кремния, прошедших первый этап химико-механической полировки и полностью выполненную операцию химико-механической полировки

№ образца и № точки съемки Обработка ПШПВ, угл. с. I, имп/с

Образец № 1 Первый этап 8,88 135 200

т. 1 Химико-механическая полировка

т. 2 9,46 129 300

т. 3 9,62 125 800

т. 4 10,61 112 000

т. 5 11,35 115 600

Образец № 2 Первый этап 8,63 127 800

т. 1 Химико-механическая полировка

т. 2 10,13 137 500

т. З 8,53 146 200

т. 4 10,64 113 800

т. 5 8,57 127 000

Образец № 3 Химико-механическая полировка выполнена полностью

т. 1 9,22 115 400

т. 2 9,3 111 100

т. 3 10,94 103 900

т. 4 9,91 134 500

Образец № 4 Химико-механическая полировка выполнена полностью

т. 1 9,26 102 500

т. 2 10,32 103 700

т. З 10,46 97 400

т. 4 9,83 106 900

т. 5 10,26 109 500

Параметр КДО - ширина кривой на половине высоты (ПШПВ) - характеризует степень совершенства структуры кристалла. У кривой (111) отражения от совершенного кристалла кремния, снятой на СиКаі излучении, ПШПВ « 7 угл. с.

Проводилась съемка КДО в нескольких точках по площади пластины, точка 1 соответствует съемке в центре пластины, точки 2-5 - на краях пластины.

Как видно из приведенных данных, ПШПВ кривой дифракционного отражения в центре пластины, как правило, имеет меньшие значения по сравнению с ПШПВ на краях пластины. Это свидетельствует о том, что края пластины имеют более дефектную структуру. Условия крепления пластин кремния в кристаллодержателе исключали возможность изгиба пластин. Эти данные свидетельствуют о высокой чувствительности метода трехкристальной рентгеновской дифрактометрии к совершенству структуры кристаллов.

Анализ рентгеновских топограмм поперечных сечений кристаллов и пластин кремния, а также анализ поверхности пластин кремния после избирательного травления показывают большую плотность микродефектов и дефектов дислокационного типа на краях пластин.

Проведенные измерения КДО рентгеновских лучей на различных пластинах после финишных обработок показывают значительный разброс значений ПШПВ, что говорит прежде всего о различном качестве исходных монокристаллов.

В таблице 3 приведены параметры КДО пластин кремния, прошедших химико-механическую полировку и последующее травление различными способами: химико-вибрационное травление и кислотно-селективное травление.

С пластин № 1-5 был удален поверхностный слой методом химиковибрационного травления, с пластин № 6-10 - методом кислотно-селективного травления. После травления пластины разрезали на две части, на одной из частей проводили имплантацию ионами мышьяка с энергией 100 кэВ и дозой 100 мкКл/см2 (6-1014 ион/см2), близкой к дозе аморфизации. Величина тока пучка ионов менялась от 1 до 12 мкА.

Из приведенных данных видны различия в ПШПВ для пластин после травления, интервал изменения ПШПВ довольно велик. Значения ПШПВ для всех исследованных пластин значительно отличаются от теоретически рассчитанных.

Имплантация ионов мышьяка приводит к снижению значений ПШВП для всех пластин, кроме № 4. Такое улучшение структуры кристаллов после имплантации может быть вызвано действием нарушенного слоя, созданного при имплантации, как геттера. Нарушенный слой с высокой плотностью дефектов дислокационного и другого типа может служить стоком для точечных дефектов -вакансий и атомов быстро диффундирующих примесей, находящихся в исходном кристалле.

Таблица 3

Параметры кривых дифракционного (111) отражения пластин кремния, прошедших химико-механическую полировку и последующее травление различными способами (химико-вибрационное и кислотно-селективное травление)

№ образца Режим травления Режим ионной имплантации мышьяка ПШПВ

11 химико- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 14,49

вибрационное I = 12 мкА 9,13

21 химико- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 12,73

22 вибрационное I = 10 мкА 10,57

31 химико- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 12,59

32 вибрационное I = 7 мкА 9,82

41 химико- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 10,39

42 вибрационное I = 4 мкА 11,07

51 химико- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 27,05

52 вибрационное I = 1 мкА 11,83

61 кислотно- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 12,08

62 селективное I = 12 мкА 12,11

71 кислотно- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 15,64

72 селективное I = 10 мкА 12,22

81 кислотно- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 16,9

82 селективное I = 7 мкА 10,55

91 кислотно- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 17,58

92 селективное I = 4 мкА 12,48

101 кислотно- Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, 14,08

102 селективное I = 1 мкА 13,19

Применение метода ионной имплантации для геттерирования показало его высокую эффективность геттерирования точечных дефектов нарушенным слоем [2; 4].

Для этой цели могут быть использованы ионы нейтральных (кремния, азота, кислорода, серы) и легирующих (бора, фосфора, мышьяка) примесей, инертных газов (аргона, неона, криптона) и сложные ионы.

Изучению были подвергнуты также пластины кремния после имплантации ионов мышьяка с Е = 100 кэВ и дозой 1000 мкКл/см2 (6-1016ион/см2), существенно превышающей дозу амортизации. После имплантации проводился высокотемпературный отжиг при 800, 1000, 1100 °С.

В таблице 4 приведены режимы обработки пластин кремния, значения ПШПВ кривых дифракционного отражения и интегральные характеристики нарушенных слоев, рассчитанные по методике, изложенной в работе [1].Толщина нарушенного слоя Ц,фф. для кремния после имплантации As с дозой 1000 мкКл/см2 (6-1016 ион/см2) на порядок меньше Ц,фф. для кремния, облученного ионами бора с дозой 100 мкКл/см2. Доза аморфизации для ионов мышьяка, им-

плантируемых в кремний, составляет ~ 1014 ион/см2. По-видимому, облучение ионами As с большой дозой ведет к сильной аморфизации поверхности кремния и уменьшению толщины поверхностного слоя кристалла, участвующего в дифракции.

Отжиг при 1000 °С приводит к росту значения Ц,фф., к рекристаллизации поверхностных слоев, что увеличивает толщину слоя, участвующего в дифракции. Полного отжига дефектов не происходит. Повышение температуры отжига до 1100 °С снижает величину Lэфф. и меняет знак деформации в поверхностном слое пластин кремния. Исследования кристаллов кремния после имплантации ионов мышьяка и отжига показывают, что для получения достаточно совершенной структуры поверхностных слоев необходим отжиг при температурах выше 1000 °С.

Дополнительно проведены электронно-микроскопические исследования микроструктуры приповерхностных областей пластин кремния после имплантации и отжига при 1000 °С (рис. 8, 9).

Таблица 4

Режимы обработки пластин кремния, рассчитанные значения ПШПВ кривых дифракционного отражения и интегральные характеристики нарушенных слоев

№ образца Режим обработки ПШПВ, угл. с. Lэфф., м/а хіо3

1 Исходный образец 9,4 - -

2 Имплантация Аб+, Е = 100 кэВ, D = 1000 мкКл/см2 10,1 0,02 4,6

3 Имплантация Аб+, отжиг 800 °С, 60 9,4

4 Имплантация Аб+, Е = 100 кэВ, D = 100 мкКл/см2, отжиг 1000 °С, 30 10,2 0,06 - 0,76

5 Имплантация Аб+ Е = 100 кэВ, D = 1 мкКл/см2, отжиг 1100 °С, 15 9,0 0,04 - 1,1

Так же, как после имплантации ионов бора, после имплантации мышьяка в кремнии методом просвечивающей электронной микроскопии не обнаружены какие-либо дефекты (рис. 8). Микроструктура приповерхностных областей кристаллов кремния после имплантации мышьяка и отжига при 1000 °С приведена на рисунке 9. Обнаруживается высокая плотность дислокаций, образующих плоские сетки, параллельные поверхности кристалла. Дислокации, составляющие сетки, являются краевыми с вектором Бюргерса 1/2 <110>.

Рис. 8. Микроструктура приповерхностной области пластины кремния после имплантации ионов мышьяка,

Е = 100 кэВ, D = 1000 мкКл/см2 (6-1015 ион/см2)

б)

Рис. 9. Микроструктура приповерхностной области пластины кремния (111) после имплантации ионов мышьяка, Е = 100 кэВ, D = 1000 мкКл/см2 и отжига при 1000 °С в течение 30 минут

Дислокационная сетка, образующаяся при отжиге пластин кремния, аккомодирует разницу параметров решетки между приповерхностным слоем, содержащим внедренные ионы мышьяка и радиационные дефекты, и подложкой (ненарушенной частью кристалла).

Нарушения, вносимые ионами мышьяка, значительно больше, чем при внедрении ионов бора, поскольку ионный радиус мышьяка равен 2,22 А, тогда как ионный радиус бора равен 0,20 А и доза имплантации на порядок больше (для сравнения: ионный радиус кремния равен 2,71А). Поэтому ионы мышьяка, находясь в междоузельных положениях после имплантации, сильно искажают решетку.

5. Выводы

Таким образом, определяя параметры кривых дифракционного отражения рентгеновских лучей и количественные характеристики структуры приповерхностных нарушенных слоев, можно установить оптимальные режимы проведения технологических операций для получения оптимального сочетания структуры и электрических свойств полупроводниковых кристаллов.

Продемонстрирована высокая чувствительность метода трехкристальной рентгеновской дифрактометрии к степени совершенства структуры полупроводниковых кристаллов.

Метод трехкристальной рентгеновской дифрактометрии может успешно применяться для неразрушающего контроля полупроводниковых пластин, а также для отработки режимов технологических операций, нарушающих структуру кристаллов.

1. Установлены рациональные режимы проведения технологических операций для получения оптимального сочетания структуры и электрических свойств полупроводниковых кристаллов путем измерения параметров кривых дифракционного отражения рентгеновских лучей и количественных характеристик структуры приповерхностных нарушенных слоев.

2. Продемонстрирована высокая чувствительность метода трехкристальной рентгеновской дифрактометрии к степени совершенства структуры полупроводниковых кристаллов. Метод может успешно применяться для неразрушающего контроля полупроводниковых пластин, а также для отработки режимов технологических операций, нарушающих структуру кристаллов.

3. Дислокационная сетка, образующаяся при отжиге пластин кремния, аккомодирует разницу параметров решетки между приповерхностным слоем, содержащим внедренные ионы мышьяка и радиационные дефекты, и подложкой (ненарушенной частью кристалла).

4. Показано, что нарушения, вносимые ионами мышьяка, значительно больше, чем при внедрении ионов бора, и доза имплантации на порядок больше. Поэтому ионы мышьяка, находясь в междоузельных положениях после имплантации, сильнее искажают решетку.

1. Зельцер, И.А. Трехкристальная рентгеновская дифрактометрия в исследовании тонких кристаллических слоев [Текст] / И.А. Зельцер [и др.] // Электронная промышленность. - 1982. - Вып. 10-11. - С. 63-68.

2. Рейви, К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии [Текст]. - М. : Мир, 1984. - 320 с.

3. Риссел, Х. Ионная имплантация [Текст] / Х. Риссел, И. Руге. - М. : Наука, 1983. -

360 с.

4. Современные методы геттерирования в технологии полупроводниковой электроники [Текст] // Зарубежная электронная техника. - 1983. - № 11. - С. 74-79.