Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 6.33. Концентрационные профили распределения Au в Si. Кривые: сплошная — облучение светом, пунктирная — электронами с Е0=1,5 МэВ; треугольники — облученные, кружочки — контрольные образцы [138].
§ 3] НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ МИГРАЦИЯ АТОМОВ В SI 235
торе ИТР-МТ потоком нейтронов до 1018 см-3 при плотности потока 7,1 • 1012 см-2 • с-1. Основная масса Ag после диффузионного отжига при 7’ = 370 К находилась в слое толщиной 5—7 мкм в случае шлифованных и 1-2 мкм химически полированных (до облучения) образцов. За время облучения из поверхностного источника продиффун-дировало в пластины 3 • 10~6 г примеси (табл. 6.6).
Таблица 6.6
Зависимость коэффициентов диффузии серебра в кварце от расстояния до поверхности пластины [61]
Помор Шлифованные пластины Полированные пластлиы
X, ыкм D, 10 15 я, мкм V, Ю '15
см2/с см2 /с
1 0,3 . 0,1+0,05 0,3 0,3+0,2
2 0,6 0,2+0.1 0,4 0,4+0.2
3 0,9 0,3+0,2 0,5 1,2+0,6
4 1,2 0,6+0,3 0,6 1,5+0,7
5 1.5 0,9+0,5 0,7 2,4+1,2
0 1,8 1,2+0,7 0,8 3,0+2,5
7 2,1 1,5+0,9 0,9 4,5+3,5
8 2,4 1,8+1,2 1,0 5,0+4,0
Значительные изменения коэффициента диффузии (0,1—1,8) • 10-15 см2/с по координатам в интервале глубин от 0,3 до 2,4 мкм свидетельствуют об изменении механизма диффузии. В приповерхностной области диффузия идет преимущественно по нарушенному при обработке поверхностному слою. В глубине пластины перемещение примеси происходит по междоузлиям и вакансиям. Сравнение величин коэффициентов диффузии, наблюдаемой при облучении па реакторе, с термической диффузией указывает, что при облучении в кварце инициируется диффузия, эквивалентная по интегральному эффекту переноса Ag термоотжигу при 840—890 К [61J.
В [181] исследовался распад твердого раствора Sn—Si в процессе облучения электронами. Измерялись ЯГР спектры рассеяния при 300 К с помощью регистрации электронов конверсии резонансным детектором. Исследовались образцы, полученные внедрением при 300 К ионов олова 119Sn с энергией 150 кэВ, дозой 3 • 1016 см-2
236
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИФФУЗИЮ
[ГЛ. 6
в пластины кремния гс-типа, с удельным сопротивлением
1 Ом • см. При этом, как показывают спектры ЯГР, в основном получается твердый раствор олова в кремнии, а небольшая часть атомов олова образует соединение Sn02. Облучение образцов электронами с энергией 30 кэВ, дозой 1,8 • 1018 см-2 при плотности тока в импульсе 20 мА/см2 и температуре облучения порядка 65°С ведет к сильному возрастанию интенсивности линии, соответствующей соединению Sn02 в спектре ЯГР. Изучение термического распада (отжиг при 1000°С в течение 10 ч) образцов раствора олово — кремний показало, что практически все примесные атомы олова окисляются и значительная часть их при этом мигрирует к поверхности. Результаты этих экспериментов убедительно свидетельствуют, что, подобно действию термической обработки, облучение оказывает существенное влияние на процессы распада твердого раствора олово — кремний. Анализ результатов приводит к выводу о том, что в результате допорогового облучения в кремнии скорее всего происходят процессы как дефектообразования, так и стимулированной миграции примесей олова [181].
§ 4. Влияние электронных возбуждений на низкотемпературную миграцию атомов
В последние 10—12 лет получены экспериментальные данные, подтверждающие участие в низкотемпературной атомной миграции (НМ) электронных возбуждений. Электронная подсистема полупроводниковых кристаллов при облучении возбуждается. При диссипации этих возбуждений выделяемая энергия может быть затрачена па НМ атомов. Необходимая для активации НМ безызлуча-тельная рекомбинация электронных возбуждений приводит к выделению тепла и разогреву локальной области в окрестности атома-диффузанта. 0-вспышки возникают при безызлучательной рекомбинации неосновных носителей через энергетические уровни атомов примеси, а также при безызлучательной рекомбинации другого типа. Элементарные акты перескоков могут быть активированы релаксацией плазменных возбуждений. НМ может быть связана с процессами ионизации оптических или более глубоких электронных оболочек, если они способствуют
§ 4] ВЛИЯНИЕ ЭВ НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНУЮ МИГРАЦИЮ 237
диссоциации или ослаблению химических связей вблизи атома-диффузанта и приводят к снижению энергии активации для перескоков атомов. НМ может активироваться при деформации или инверсии потенциального рельефа, вызванной изменением зарядового состояния атома-диффузанта в процессе облучения, появлением заряженного остова рядом с ним, возбуждением соседних химических связей и т. д. Вопросы эти обсуждались в гл. 2, 3.
Определение вкладов в диффузионный перенос вещества разных видов механизмов НМ представляет значительную трудность. Это связано с тем, что многие активационные процессы реализуются самостоятельно и могут налагаться друг на друга. Важно иметь возможность выявить раздельно вносимый в НМ вклад первичных радиационных дефектов и электронных возбуждений.
