Введение к работе
Актуальность темы
Легирование кремния изовалентными примесями, которые, как правило не являтотся электрически активными, однако могут влиять на процессы дефектообразования, - один из перспективных путей управления его свойствами.
Германий в кремнии является изовалентной примесью. Установлено, что германий влияет на энергию образования точечных дефектов, способствует геттерированиго примесей, тормозит образование термодоноров в кремнии. Установлено также, что после облучения электронами изменение физических свойств в легированных германием монокристаллах кремния происходит иначе, чем в нелегированных.
В связи с тем, что германий заметным образом влияет на физические свойства монокристаллов кремния, важно изучение распределения его в объеме монокристалла. Важнейшей является задача разработки рекомендаций по выращиванию монокристаллов кремния большого диаметра, содержащих одновременно несколько легирующих примесей с заданным их распределением но кристаллу.
Изучение влияния герматія на образование дефектов в монокристаллах кремния в условиях облучения быстрыми электронами и имплантации ионов разных масс позволит расширить представления о природе возникающих дефектов.
Цель и задачи работы
Целями работы являлось изучение влияния германия па образование радиационных дефектов в монокристаллах кремния.
Для их осуществления требовалось решить следующие задачи:
выявить особенности распределения германия в сложнолегировашшх
монокристаллах кремния, выращенных модифицированным методом
Чохральского - методом жестко закрепленных сообщающихся сосудов;
. выявить природу и концентрацию дефектов, возникающих в монокристаллах кремния, легированных германием при облучении их электронами с энергией 6 МэВ и флюенсами 1012-1016 см-2;
выявить природу и концентрацию дефектов, возникающих в монокристаллах
кремния, легированных германием при имплантации ионов VB подгруппы (Р,
Sb).
Научная новизна
Установлено, что в легированных германием монокристаллах кремния, выращенных модифицированным методом Чохральского (методом жестко закрепленных сообщающихся сосудов), германий распределен макрооднородцо; однако наблюдающиеся микронеоднородности в его распределении могут быть связаны с микроколебаниями параметров процесса выращивания;
Определен эффективный коэффициент распределения германия в кремнии (КЭфф=0,58) при концентрации германия в расплаве ~1 ат.% и следующих параметрах выращившшя: скорость роста ~1 мм/мин; скорость вращения кристалла ~20 об/мин; скорость вращения тигля ~5 об/мин;
Установлено, что в облученных быстрыми электронами легированных германием монокристаллах кремния концентрация дивакансий и К-центров (комплексов, связанных с дивакансией, атомами углерода и кислорода) выше, чем в нелегированных монокристаллах;
Установлено, что при имплантации в монокристаллы кремния р-типа ионов фосфора образуются донорные центры Е\гК0,2±0,03) эВ и
Еу-і-(О,3±0,ОЗ) эВ, при этом введение германия уменьшает концентрацию центра Еу+(0,2±0,03) эВ и увеличивает концентрацию центра Еу+(О,3±О,03) эВ;
Установлено, что при имплантации в монокристаллы кремния ионов сурьмы образуются лефекты донорного типа Еу+(0,24+0,05) эВ, Ev+(0,50±0,05) эВ и акцепторного типа Ес-(0,45±0,05) эВ, при этом введение германия увеличивает концентрацию акцепторных центров.
Практическая значимость
Полученные данные о распределении германия в монокристаллах кремния могут быть использованы при совершенствовании метода жестко закрепленных сообщающихся сосудов при выращивании монокристаллов кремния и друпгх полупроводников большой массы с заданным распределением одной или нескольких примесей.
Исследования процессов образования и взаимодействия дефектов кристаллической структуры монокристаллов кремния, легированных германием, при воздействии электронных и ионных пучков могут быть использованы при разработке новых приборов и технологических процессов, использующих электронное облучение и имплантацию.
Основные положения, выносимые на защиту
При облучении электронами (Е=6МэВ, флюенсами 1012-1015 см"2, при температурах ~80 и ~360 К) монокристачлов кремішя, легированных и нелегировагашх германием, образуются дефекты донорного типа с энергетическими положениями Ev+(0,2+0,03) эВ (дивакансия) и Еу+(0,36±0,03) эВ (К-центр). Германий увеличивает концентрацию этих дефектов.
При имплантации ионов фосфора в монокристаллы кремния, легированные и нелегированные германием образуются дефекты донорного типа с энергетическими положениями Ev+(0,2±0,03) эВ и Ev+(0,3±0,03) эВ.
Германий увеличивает концентрацию дефектов Еу+(0,3±0,03) эВ и уменьшает Ev+(0,2+0,03) эВ.
При имплантации ионов сурьмы в монокристаллы кремния, легированные и нелегированные германием образуются дефекты донорного типа Ev+(0,24+0,05) эВ, Е\Н(0,5±0,05) эВ и акцепторного типа Ес-(0,45±0,05) эВ. Концеїгграция донорных дефектов не зависит от содержания германия, а концентрация дефектов акцепторного типа растет с увеличением концентрации германия.
Апробация работы Результаты работы докладывались и обсуждались на:
Первой Всероссийской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристшшов кремния ("Кремний-96") (Москва, 1996);
V Международной конференции "Термодинамика и материаловедение полупроводников" (Москва, 1997);
Втором Российском симпозиуме "Процессы тепломассопереноса и рост монокристаллов и тонкопленочных структур" (Обнинск, 1997);
Международной конференции по росту и физике кристаллов, посвященной памяти М.П.Шаскольской (Москва, 1998);
летней школе "Кремшш-98" (Москва, 1998);
Третьей Российской конференции "Процессы тепломассопереноса и рост монокристаллов и тонкопленочных структур" (Обнинск, 1999);
Второй Российской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных кристаллов кремния ("Крсмний-2000") (Москва, 2000);
IX Национальной конференции по росту кристаллов (НКРК-2000) (Москва, 2000);
- научных семинарах кафедры материаловедения полупроводников Московского института стали и сплавов.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы, состоящего из 104 наименований. Работа изложена на 157 страницах и включает 71 рисунок и 27 таблиц.