Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
При дозах до 1012 ионов 160+/см2 аморфная фаза в кремнии еще не возникает. При больших дозах возникают характерные изотропные сигналы ЭПР, соответствующие аморфному кремнию. Их интенсивность возрастает с дозой быстрее, чем линейно. По-видимому, аморфная фаза образуется первоначально в участках перекрытия треков отдельных ионов, в той их части, где доминируют атомные столкновения (конец пробега). При дозе, близкой к 1014 попов 160+/см2, число атомов Si, входящих в аморфные области и парамагнитные комплексы, примерно сравнивается, а при дозе 1015 ионов ‘60+/см2 наступает практически полная аморфп-зация.
Интересный прием, позволяющий судить о природе дефектов, возникающих при ионном внедрении, состоит в использовании внедрения «необычных» изотопов. Так, в работе [23] внедрение ионов 170+ в кремний с малой исходной концентрацией кислорода позволило однозначно установить по сверхтонкому расщеплению спектров, соответствующему присутствию ядра 170+, что кислород входит в состав возникающих комплексов с вакансиями.
§ 2] ИОННАЯ БОМБАРДИРОВКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ 287
Наблюдение за линией инфракрасного поглощения, соответствующего дивакансиям (1,8 мкм), позволило установить, что переход основной части кристалла кремния в аморфное состояние (в случае внедрения ионов при комнатной температуре) имеет место, если доля энергии ионов, приходящаяся на атомные столкновения, превышает 1021 кэВ/см3 [24]. Данные о возникновении дивакапсип при внедрепнп в кремний ионов В+, Р+, 0+, N+, Аг+ и Si получены автором [25], также использовавшим оптическую методику. При больших дозах, соответствующих потере энергии на атомные столкновения порядка 1021 кэВ/см3, перед переходом в аморфное состояние наблюдались изменения постоянной решетки, соответствующие большим внутренним напряжениям [26].
Исследования каналирования в Si, подвергнутом ионному внедрению при низких температурах [22], позволили установить, что в этом случае энергия, приходящаяся на появление каждого нового центра рассеяния, препятствующего каналированию, составляет около 20 эВ. Таким образом, данные о каналировании позволяют зарегистрировать практически все первоначально смещенные из узлов атомы в Si, если смещение их происходит при низкой температуре.
Было выяснено также, что отжиг радиационных дефектов, вводимых разными типами ионов Sb+, В+, 0+, проходит практически одинаково. Однако между свойствами кристаллов Si, в которые проводится «горячее внедрение» (кристалл нагрет во время ионно-лучевого легирования), и кристаллов, отжигаемЫх при той же температуре после проведения легирования, наблюдаются существенные различия. По-видимому, значительную роль играет стимуляция отжига дефектов за счет высокой степени ионизации в кристалле, неизбежно имеющей место во время ионно-лучевого легирования. Исследование подобных явлений лишь начинается; оно должно привести к интересным и практически важным результатам. На рис. 7.4 приведены данные о критической дозе аморфизации Si ионами различной массы в зависимости от температуры внедрения.
Как было указано выше, максимум распределения концентрации возникающих при ионном внедрении радиационных дефектов расположен несколько ближе
288
ПРОЦЕССЫ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ
[ГЛ. 7
101'
Ч W-
% 10к
я
10-
W‘
10п
400
к поверхности кристалла, чем максимум распределения внедренных атомов (его положение близко к 0,7 Rp, где RP — проекция наиболее вероятного пробега) [27]. В этой области кристалла и начинается возникновение аморфной фазы, слой которой затем, с увеличением дозы, утолщается и захватывает всю область до поверхности
внедрения. В настоящее время существуют критерии, позволяющие определить, имеет ли место полный переход в аморфную фазу. Край основной полосы поглощения аморфного Si соответствует меньшим энергиям фотонов [52], чем для кристаллического Si [28, 29]. Интерференционные полосы, возникающие вследствие разницы показателей преломления кристаллического и аморфного Si, позволяют определить толщину аморфного слоя.
Спектры ЭПР аморфного Si характеризуются симметричной лоренцевой резонансной полосой при g = 2,006, которой соответствует концентрация спинов, близкая к 2 • 1020 см-3. Спектры ЭПР аморфных слоев на Si, созданных ионной бомбардировкой, идентичны спектрам ЭПР аморфного Si, приготовленного другими способами. Такое же сходство имеет место для спектров комбинационного рассеяния, изучавшихся автором [30], которому удалось проследить за постепенным исчезновением остатков кристаллической структуры Si у поверхности при дозах от 4 • 1014 до
1 • 1015 ионов 31Р+/см2.
В настоящее время существует несколько моделей процесса перехода из кристаллической фазы в аморфную [31]. Они использовались для интерпретации приведенных выше результатов по Si и по Ge. Павлову с сотр. удалось получить важные данные об изменении дискретных межатомных расстояний [32], позволившие уточнить структуру аморфного Ge в соответствии с представлением о «пентагональных кольцах».
