Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
Изолированные разупорядоченные области и аморфный слой по-разному ведут себя при отжиге. В германии разупорядоченные области отжигаются при температуре 200°С, а в кремнии — при 300°С, тогда как аморфный слой для отжига требует
22
бблыпих температур: 600°С для кремния и 400°С для германия. Точечные дефекты и комплексы отжигаются, как правило, при более низких температурах. Однако и после 600-градусного (для кремния) отжига не все дефекты полностью отжигаются. Об этом свидетельствует рост числа дислокаций в кремнии при температурах отжига выше 600°С. Как показывает эксперимент, после отжига при 700—800°С свойства ионно-легированных слоев близки к свойствам: объемно-легированного материала.
Примесь электрически активна, если она находится в определенном состоянии. Например, атом алюминия, находящийся в узле кристаллической решетки кремния, является акцептором, в то время как в междоузельном положении он донор. Примесь, декорирующая дислокации или другие крупные несовершенства, не проявляет электрической активности. Этого примера достаточно, чтобы понять, как важно знать, где расположена примесь. В настоящее время из измерений эффекта Холла определяется концентрация электрически активной примеси, а по эффекту каналирования легких частиц можно установить положение примеси в кристаллической решетке. Для некоторых примесей установлена корреляция между отжигом дефектов, увеличением числа примесей в узлах и концентрацией носителей заряда в ионно-легированном слое. Наиболее четко она обнаруживается в кремнии, легированном элементами V группы при комнатной температуре. Экспериментально показано, что концентрация замещающей сурьмы и концентрация электронов при отжиге изменяются идентично. В случае облучения, когда ионы внедрялись в подогретую подложку (температура подложки выше 300°С), прямая связь между концентрацией узловой сурьмы и концентрацией электронов отсутствовала: сразу же после облучения практически вся сурьма находилась в узлах, но концентрация электронов приблизилась к концентрации сурьмы только после отжига при Т > 700°С. Причина такого расхождения — наличие дефектов, действующих как компенсирующие центры. Значительно сложнее обстоит дело при легировании элементами III группы. Здесь часто обнаруживают одновременно и замещающие и междоузельные атомы. Сложными оказываются и электрические свойства атомов III группы в кремнии, здесь требуются температуры отжига более 800°С для проявления максимальной электрической активности примеси.
Приведем известные для кремния данные о локализации различных примесных атомов. Измеряя эффект каналирования в направлениях <111) и <110), а также выход для неканали-рованного пучка, можно определить: 1) долю внедренных ато-
‘ . ¦ • • . • . о . - :
мов, находящихся на расстоянии 0,1—0,2 А от узлов решетки (S); 2) долю внедренных атомов, находящихся на расстоянии
О
0,1—0,2 А от тетраэдрических положений (7); 3) долю хаоти-
23
чески расположенных внедренных атомов (7?), не занимающих положений 1 и 2. Если число точечных дефектов не слишком велико, то такого рода измерения позволяют различить четыре случая: '
I. ? Ф О, I 0, т-. е. значительная доля внедренных атомов находится в узлах решетки и нет внедренных атомов в междоузлиях. В кремнии (и германии). обычно 50—90% примесей IV и V групп находятся в узлах замещения.
II. ? 0, I Ф 0, т. е. значительная доля внедрепных атомов находится в междоузельных положениях и нет замещающих атомов примеси. Такая ситуация встречается довольно редко, но ее можно наблюдать при специальных условиях внедрения таллия и элементов II группы. Обычно I ^ 0,6.
III. 5=^0, I Ф 0, т. е. внедренные атомы находятся., как в узлах решетки, так и в междоузельных положениях. Такая ситуация обычно встречается для элементов III группы в кремнии и германии, но никогда не наблюдалась для элементов У группы. Часто 5 « I « 0,3.
?55¦ I ® 0, й « 1, т. е. и в узлах и в междоузельных положениях внедренных атомов мало. Это обычно наблюдается для элементов III группы при высокотемпературном облучении или после отжига при высокой температуре. Обычно считается, что компонента Я связана с атомами, ушедшими на дислокации или другие несовершенства, либо заключенными в дефектных областях. Но возможна и другая интерпретация: 1) атомы занимают не тетраэдрические междоузлия, а, скажем, гексагональные; 2) атомы смещены из положения, соответствующего узлу или тетраэдрическому междоузлию, более чем на
0,2 А. В последнем случае измеренные значения 5 и / будут занижены. "
На, локализацию атома существенно влияет температура, внедрения и последующий отжиг, доза ионов и тип примеси.
Для ионпого легирования характерны большие концентрации вводимой примеси. Например, представляет определенные-ТРУДНОСТИ ввести примеси в количестве менее чем 1011—-1012 см~“, а при пробеге 10~5 см это соответствует концентрации 1016 1017 см-3. Эксперимент показывает, что при ионном легировании легко достигаются концентраций примеси, превышающие предел растворимости данной примеси.
