Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Электрические характеристики сильно разупорядочеп-ных ионной имплантацией, слоев, подвергнутых JIO, обнаруживают особенности: JIO в наносекундном режиме повышает эффективность легирования. Это достигается за счет повышения коэффициента использования внедренной примеси и, более того, позволяет получать концентрации электрически активных атомов примесей, значительно (до
2 порядков величины) превышающие их растворимость в твердом кремнии [95].
Эти особенности, несомненно, связаны с неравновесным характером JIO в ходе очень быстрого остывания (10s —109 °С/с), в результате которого сохраняется мета-стабильное неравновесное состояние в твердой фазе с пересыщением, имеющим место в жидкой фазе [96]. В этом случае «преципитатов», типичных для термически равновесного отжига, не наблюдается. Благодаря возможности прецизионного дозирования поступающей энергии светового или электронного возбуждения, в частности — применения «цепочки» заданного числа одинаковых последовательных импульсов, осуществленного недавно Бертолотти [84], достигаемые метастабильные состояния вполне воспроизводимы п их техническое использование весьма перспективно. Если метастабильпую систему привести в равновесное состояние путем дополнительного термического отжига, то будет наблюдаться эффект выпадения второй фазы (выпадения примесей из твердого неравновесного раствора). Это явление ипогда называют «отрицательным отжигом», подчеркивая этим потерю ценных свойств отжигаемого полупроводникового материала.
ЛАЗЕРНЫЙ И ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОТЖИГ
307
Особенности диффузии примесей при J10. В настоящее время па основании качественных данных о свойствах слоев кремния, подвергнутого JIO, можно выделять два типа процессов диффузии:
1) Диффузия прнмесп в .жидкой фазе при плавлении приповерхностных слоев световыми или электронными импульсами. Коэффициенты диффузии атомов в расплаве доходят до значений порядка 10“4 см2/с, п поэтому даже за весьма короткое .время пребывания слоя в расплавленном состоянии перераспределение примесей довольно значительно. Это обстоятельство может приводить к полному выравниванию концентрации по толщине.
2) Оттеснение примесей к поверхности движущимся фронтом кристаллизации. Скорость перемещения фронта кристаллизации может доходить до 1—3 м/с. Особенно интенсивно оттеснение таких примесей, как Си и Fe в Si [58].
Отжиг точечных дефектов и слабо разупорядоченных слоев. Лморфязировапные ионной бомбардировкой слон кремния обычно рекристаллпзуются в одну стадию вблизи 600 °С. Если же аморфизацин достигнута не была, например, вследствие высокой температуры мишени или недостаточной дозы, то восстановление структуры затягивается до отжига в области 900—10000С. Причина, по-видимому, заключается в различии механизмов отжига аморфных и более слабо разупорядоченных имплантированных слоев. При отжиге слоев, аморфизированных имплантацией ионов, имеет место эпитаксиальный рост на ориентирующей подложке в условиях оптимальной ориентации и уровня легирования; число остаточных нарушений очень мало. Отжиг разупорядоченных слоев происходит в результате параллельных процессов перестроек и аннигиляции точечных дефектов. Каждая последующая «ступень» изохронного отжига (их существование типично для облученного кремния) [31] соответствует установлению определенного метастабильного набора дефектов, устойчивых в пределах плато (диапазоне температур) до следующей «ступени».
Особенности ЛО слабо разупорядоченных имплантированных слоев в кремнии описаны в [42]. В этой работе было показано, что при малых длительностях лазерных импульсов расчетная температура отжига возрастает
2 п*
308
ПРОЦЕССЫ ПГИ ионной: импллптлции
[ГЛ. 7
с ускорением импульса возбуждения. Это обстоятельство следует из представлений об отжиге дефектов, согласно которым количество «отожженных», т. о. аннигилировавших или иным образом jjровзаимодействовавших, например, с примесями дефектов, зависит от времени прогрева t и температуры как
ЛГ = ЛГ0[1-ехр(Ш)], W = С ехр (— АЕ/кТ),
где N0 — начальная концентрация дефектов, W — скорость отжига, С — частотный фактор и АЕ — энергия активации процесса. Подстановка соответствующих значений величин, хорошо описывающих обычный длительный отжиг подробно изученных Е-центров в Si, показывает, что при отжиге в течение 10~б с температура Т превышает точку плавления Si.
ГЛАВА 8
ОБРАЗОВАНИЕ И МИГРАЦИЯ АТОМНЫХ ДЕФЕКТОВ В НЕКОТОРЫХ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧАХ
Радиационная технология находит широкое применение в электронной технике Ш.
В полупроводниковой технологии и твердосхемной технике снижение температуры, при которой проводится изготовление приборов, имеет исключительно важное значение. При высокотемпературном диффузионном отжиге, необходимом для обеспечения достаточно быстрой диффузии, изменяются электрофизические свойства материала. Использование низкотемпературного легирования позволяет исключить образование дислокаций и т. д.
Низкотемпературную диффузию можно использовать для решения следующих прикладных задач:
