Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Авторами [172] наблюдалось интенсивное перемешивание Pd в системе Si02—Si, облучаемой ионами. Остаточная разупорядоченность в Si обнаруживается при бомбардировке его ионами О- и N+, которые возникают при прохождении As+ (Е = 250 кэВ) через окисиую или нитридную пленку на Si-поверхности [78]. При облуче-
О
нии Si02—Si (толщина окисла 480 А, доза As равна 1016 см~2, плотность тока 2 мкА/см2, температура комнатная) кислород проникает в Si в количестве 4 ¦ 1015 ат/см2. Аналогичный эффект достигается облучением Si02—Si ионами О с энергией 50 кэВ. При дозах 5 • 1015 см-2 наводимый О радиационный эффект соизмерим с ионами As+ [78, 79].
Ускорение миграции Li, В [113] и С [114] в Si отмечено в этом цикле исследований.
В условиях эксперимента [70] при упругом рассеянии ионы Ne+ сообщают атомам Си энергию, равную 14,6 эВ.
О
Средний пробег такого иона в Si равен 130 А. Проникновение Си на значительно большие расстояния (см. рис. 6.56), по мнению авторов [70], могло быть обусловлено наложением процессов низкотемпературной миграции Си посредством механизма упругого рассеяния ионов, влиянием аморфизированного слоя Си на скорость перемещения и участием в активации диффузии первичных радиационных дефектов, генерируемых в треке ионов.
Си перемещается по междоузельному механизму и при воздействии с вакансиями образует малоподвижный
§ 5] ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНОВ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ ЭНЕРГИИ 265
комплекс (Си+ У). Распад комплекса с образованием свободного для миграции атома Си происходит при вытеснении его неравновесным междоузельный атомом Si. Выведенный в стартовое (междоузельпое) положение атом Си вновь перемещается по решетке до захвата его новой вакансией и т. д. [70].
Расчет среднего пробега атомов Ли, получивших избыточную энергию при рассеяшш па них ионов Аг+ с энергией 20 кэВ, проведен для системы Au — Si при
О
толщине золотой пленки, равной 100 А [175]. Кривые рис. 6.57 соответствуют разным значениям (3 и 10 эВ) потенциального барьера проникновения Au через границу Au—Si. Максимальный пробег в соответствии с ударным мехапизмом радиационно-стимулированной диффузии не превышает глубины
О
30 А. Сравнение с опытами [75] указывает, что Au проникает па значительно большие расстояния. Этот факт свидетельствует о реализации других механизмов НМ при диффузии Au и Си в Si (см. гл. 2).
Разновидность радиацион-но-стимулированной миграции атомов активируется при облучении низкоэнергетической газоразрядной плазмой (от десятков до сотен эВ).
Плазма, как высокочастотная, так и статическая, содержит высокую плотность положительных и отрицательных ионов, энергичные нейтральные атомы, интенсивный поток квантов, электронов. В статической плазме (с напряжением в 1 кВ и мощностью 200 Вт) содержатся ионы Аг+, Аг++ с энергией до 120 эВ, фотоны с максимальной энергией, равной энергии системы, нейтральные атомы с энергией, соответствующей потенциалу анода, и т. д. [80].
Рио. G.57. Расчетные кривые кон-центрационного профиля распределения Au, введенного в Si при облучении ионами Аг+ с энергией 20 кэВ [175].
266
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИФФУЗИЮ
[ГЛ, б
Плазменная обработка широко используется в полупроводниковой технологии для очистки поверхности, анодирования пластин, осаждения тонких пленок металла, окисла или полупроводника. При воздействии плазмы наблюдается диффузионно-контролируемая деградация полупроводниковых приборов [112], рост монокристаллических усовидных образований [63, 64], стимулированная миграция примесей и т. д.
В системе Si02 — Si при облучении низкоэнергетической плазмой активируется миграция О, С, Cl, N, F, В, Р и других элементов. Сечение образования подвижного атома меняется в пределах от 0,05 до 0,02 на один бомбардирующий ион плазмы и зависит от энергии и плотности потока ионов, а также от концентрации атомов в источнике примесей [80]. Электроны плазмы также могут участвовать в ускорении НМ. Об этом свидетельствуют данные работ ряда авторов: НМ атомов щелочных металлов инициируется воздействием на Si02 — Si электронами допороговых энергий (Еа = 20 кэВ, [111]), стимулированная электронами с энергией 3 кэВ миграция Na используется для увеличения радиационной стойкости МОП структур [113].
Ионно-плазменная обработка в полупроводниковой технологии используется для снижения температуры диффузионного отжига материала [15, 176, 177]. В работе Штрака [15] было обнаружено, что в тлеющем разряде газа (99% Н+ и 1% В+ или Р+) наблюдается диффузия В или Р в Si. Исследовались пластины rc-Si (р « 1 Ом-см) и р-Si (р да 200 Ом-см). Плотность тока ионов водорода была 25 мА/см2, энергия частиц менялась от 0,5 до 1 кэВ. Время облучения варьировалось от 2 до 10 ч, температура пластин — от 600 до 900 °С.
Ионы водорода создавали дефекты на глубине в несколько атомных слоев от поверхности Si. Тонкий облучаемый слой служил источником вакансий и внедрений, часть которых проникала в глубь пластины и обусловливала ускорение диффузии В (или Р) из газовой фазы. Профиль распределения примеси аппроксимировался экспоненциально уменьшающимся коэффициентом диффузии в соответствии с распределением неравновесных вакансий. Скорость радиационной диффузии на бомбардируемой плазмой поверхности была в 103 — 105 раз вы-
