Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
соседние области. Неизменными остаются при этом и свойства материала в
глубине кристалла.
Перечисленные преимущества обусловили применение метода ионного
легирования в планарной технологии при изготовлении МОП-транзисторов,
биполярных транзисторов, интегральных схем и т. д., а также лавинно-
пролетных диодов, счетчиков ядерных частиц, фотоэлектрических
преобразователей солнечной энергии и других приборов [28, 29]. Успешно
применяется метод ионного внедрения и в исследовательских целях,
например, для легирования алмазов [16].
Остановимся коротко на некоторых проблемах, связанных с практическим
применением метода ионного внедрения. Один из важнейших вопросов - это
характер распределения легирующей примеси в поверхностном слое. В отличие
от монотонно спадающего диффузионного распределения, при ионном
легировании распределение примеси, как правило, немонотонно. Оно
определяется распределением пробегов ионов, т. е. механизмом
энергетических потерь в полупроводнике.
Весьма важным при этом может оказаться эффект каналирования.
Каналирование несущественно в аморфных и поликристаллических
полупроводниках. Распределение пробегов в них близко к гауссовому;
соответствующий средний пробег R определяется прежде всего энергией иона
(при Е0 са ЮОкэеЯ ~ 0,1 мкм). Относительная ширина кривой распределения
мала (|АД/Л|<;1) для тяжелых ионов, внедряемых в мишень, состоящую из
легких атомов. Внедрение легких ионов характеризуется широкой кривой
распределения. Плавное изменение энергии ионов в процессе легирования
позволяет в принципе управлять распределением внедренных ионов.
При переходе к монокристаллическим образцам существенную роль начинает
играть каналирование ионов. Скорость потерь энергии при определенной
ориентации монокристаллического образца относительно направления пучка
резко падает, а максимальная глубина проникновения ионов возрастает в
десятки раз. В действительности
§ 42] ИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКА 183
каналируемая частица, как правило, выходит из канала задолго до полной
остановки. Это связано с действием различных деканалирующих факторов,
например, таких, как рассеяние каналируемых ионов на фононах или дефектах
структуры, как биографических, так и радиационных. В результате профиль
распределения внедренных ионов, определяющий, в частности, глубину
залегания р - п-перехода в образце, оказывается чувствительным к
температуре облучения, состоянию поверхности, дозе облучения и т. д.
Следует отметить, однако, что в ряде случаев дальние "хвосты"
распределения примеси связаны не с каналированием, а с радиационно-
стимулированной диффузией внедренных ионов (например, ионов А1 в кремнии
[29]).
Весьма важной проблемой при ионном легировании является радиационное
разупорядочение решетки, сопровождающее внедрение легирующей примеси в
полупроводник. Изменение свойств полупроводника при этом определяется не
только внедренной примесью, но в значительной степени - различного рода
радиационными нарушениями решетки. Отжиг этих нарушений становится, таким
образом, необходимым условием "активизации" внедренных ионов.
Наиболее характерными радиационными дефектами при ионном облучении
являются разупорядоченные области, которые возникают вдоль трека
внедряемого иона. При малых дозах облучения такие области являются
изолированными, не взаимодействующими друг с другом. При больших дозах
разупорядоченные области перекрываются, при этом возможно образование
поверхностного аморфного слоя. Существование аморфного слоя на
поверхности было установлено различными методами (электронный
парамагнитный резонанс, электропная микроскопия и дифракция,
электронография, упругое рассеяние ионов, электрические и оптические
измерения и т. д.) [113-115]. Возникновение аморфного слоя может быть
связано [116] с локальным плавлением в тепловых пиках или пиках смещения,
сопровождающих образование разупорядоченных областей. Критические дозы
облучения, вызывающие приповерхностную аморфизацию, зависят от
температуры. Облучение кремния ионами Sb, As и В при комнатной
температуре ведет к образованию аморф-
184 ОБЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ (ГЛ. 14
ных слоев соответственно при дозах ~ 1014, ~1015 и > 1016 см-2. С ростом
температуры критические дозы растут, что связывается с миграцией и
отжигом радиационных дефектов [115].
Важным фактором, характеризующим образование аморфных слоев, является
величина энергии, выделяемой в единице объема кристалла в результате
атомных столкновений. Как и критическая доза, эта величина растет с
ростом температуры, причем тем быстрее, чем легче бомбардирующий ион.
Ниже 120-125 °К- критическая энергия перестает зависеть от температуры и
массы иона и приблизительно равна 5-1023 эв/сл3 [115].
Отжиг аморфных слоев, сопровождаемый их рекристаллизацией, происходит в
кремнии при температуре 600 °С, а в германии при температуре 400 °С.
Изолированные разупорядоченные области отжигаются при более низкой
