Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Согласно [14—19] радиационная диффузия имеет место при воздействии протонов в широком интервале энергий. В [15] диффузия В и Р в Si былаг обнаружена при облучении низкоэнергетическиып (0,5—1 кэВ) иогами водорода тлеющего разряда, которые создавали дефекты на глубине в несколько атомных слоев от поверхности. В этом случае тонкий облучаемый приповерхностный слой был источником вакансии и атомов внедрения, часть которых проникала в глубь материала и обусловливала ускорение проникновения В (либо Р) из газовой среды в объем кремния (Тобл = 820°С).
Профиль распределения примеси аппроксимируется экспоненциально уменьшающимся коэффициентом диффузии в соответствии с гауссовским профилем распределения неравновесных вакансий. Скорость радиационной диффузии вблизи бомбардируемой поверхности, оцененная (с учетом распылеппя поверхности при облучении) на основе механизма [1] в 103—105 раз выше коэффициента термической диффузии при Тобл = 820°С.
Ускоренная протонами малых энергий диффузия В в Si описана Нельсоном [16]. На поверхность монокристалла, ориентированного перпендикулярно направлению
О
[111], наносился слой В толщиной 600 А. Образцы облучались протонами с энергией 10 и 50 кэВ при температуре 700°С. Плотность пучка протонов (3—7)-Ю11 см_2-с-1, время варьировалось от 15 мин до 2 ч.
Концентрационные профили В исследовались по методу [14]: использовался набор пластин rc-Si с разным исходным удельным сопротивлением, поверхностный слой
О
которых (600 А) был легирован бором. После облучения в каждом из них определялась глубина залегания р—п-перехода. Затем с учетом того, что переход образуется в точке, где концентрация В равна концентрации Р легирующего образца, строился концентрационный профиль.
При облучении протонами с энергией 10 или 50 кэВ профили получаются разной формы: для Е0 = 10 кэВ, В не проникает в Si на глубины, большие чем 0,3 мкм, даже при экспозициях облучения более чем 1 ч. При воз-
§ 1] ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ ДИФФУЗИЮ 193
действии протонами с энергией 50 кэВ В уходит на глубины « 1 мкм. При этом суммарная концентрация вошедшего В и глубина его проникновения существенно зависят от дозы. Показано, что радиационный эффект не зависит от температуры облучения в интервале от 500 до 700°С [16J.
V, CM'J
101s р
101S г
1017 -
101В\
1015 г
1014\-п
Рис. 6.3. Концентрационные профили распределения Sb (а) и Р (б) при диффузии из подложки в эпитаксиальный слой Si в процессе воздействия протонами. Условия опыта: Е0=300 кэВ, 7=30 мкА/см2,Го0п = 900°С. Толщины окисного и эпитаксиального слоя указаны на оси абсцисс. Измерения проведены вольт-фарадовым методом. На кривых указано время облучения. По оси ординат отложена концентрация носителей тока [20].
В [20] исследована диффузия Sb и Р в Si из подложки в пленку. Эффект существенно зависит от соотношения толщины эпитаксиального слоя и среднего пробега протонов. В случае, когда средний пробег меньше расстояния до границы раздела слой — подложка, ускорение диффузии не наблюдается.
Профили распределения примеси (рис. 6.3) описываются гауссовской кривой. Па этом основании был предложен гауссовский профиль распределения радиационных вакансий [20]. Поскольку коэффициент радиационной диффузии пропорционален концентрации неравновесных вакансий, то и скорость передвижения примесей должна описываться аналогичным распределением, т. е. в соответствии с характером распределения концентрации вакансий.
13 U. С. иавплов и др,
Л, САГ'
iOz
Ж
ЕОмин
BOf\!
';di J >
rr)
3
км
/Г)
194
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ИЛ ДИФФУЗИЮ
[ГЛ. 6
Вычисленные на основании этих представлений профили достаточно хорошо совпадают с измеренными. Скорость перемещения примеси не является линейной функцией интенсивности в интервале потоков от 1 до 30 мкА/см2 (высокая плотность возбуждения). Показатель при степени плотности потока много меньше единицы (рис. 6.4). Этот факт свидетельствует о наложении на
процесс генерации вакансий Дтм/ч термического отжига (900°С)
более высокого порядка, чем прямая рекомбинация вакансия — междоузельный атом (механизм первого порядка) Ш-Термическая диффузия в предварительно облученных материалах [21—26]. Болтаксом и Савиным [21] изучена диффу-11 ми зия Zn в GaAs и InAs. На 12 4 6810 20 рис_ g_5) 6.6 приведены резуль-
I, мкА/см татЬ1 опытов [21J. Образцы