Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи 12
1.1 Физические основы метода 12
1.2 Проникновение лазерного луча 12
1.3 Термическая волна и волна носителей заряда 13
1.4 Схемы и принципы работы установок TWIN SC и Therma Probe. 18
1.4.1 Принцип работы установки TWIN SC 18
1.4.2 Принцип работы установки Therma Probe 20
1.5 Обзор литературы по исследованию имплантированной поверхности кремния 20
1.5.1 Материал подложки 20
1.5.2 Влияние параметров ионной имплантации на детектируемый сигнал 23
1.5.2.1 Зависимость от типа иона 25
1.5.2.2 Зависимость от энергии иона 27
1.5.2.3 Влияние имплантации на коэффициент отражения R.28
1.5.2.4 Зависимость от тока пучка ионов 28
1.5.3 Влияние дозы имплантации на контролируемые параметры 31
1.5.3.1 Измерение при малых дозах (10 до 10 см") 31
1.5.3.2 Измерение при средних (от 10 см" до порога аморфизации) и больших дозах (Q>Qa) 33
1.5.4 Чувствительность и калибровка 33
1.5.5 Зависимость величины измеряемого отклика от времени после имплантации 34
1.5.6 Измерение на образцах со структурой 36
1.5.7 Использование термоволнового метода для исследования мелкозалегающих р-n переходов 37
1.6 Заключение и постановка задачи диссертационной работы 43
Глава 2. Выявление физических механизмов, определяющих величину измеряемого сигнала 46
2.1 Анализ соотношений вкладов основных механизмов для реальных условий эксперимента 46
2.2 Особенности применения термооптической методики 51
Глава 3. Исследование возможностей применения методики термооптического детектирования для изучения состояния поверхности образцов монокристаллического кремния после различных видов обработок (кроме ионного легирования) 54
3.1 Методика эксперимента 54
3.2 Результаты эксперимента 55
3.2.1 Исходные образцы 55
3.2.2 Окисленные образцы 59
3.2.3 Отожженные образцы 59
3.3 Обсуждение результатов 62
Глава 4. Термооптические эффекты на поверхности имплантированного кремния 65
4.1 Методика эксперимента 65
4.2 Экспериментальные результаты 66
4.2.1 Зависимость термооптического сигнала от массы иона... 66
4.2.2 Отжиг радиационных дефектов 69
4.2.3 Влияние поверхностного слоя окисла на термооптический сигнал 75
4.2.4 Вариации времязависимого цикла 77
4.3 Заключение 79
Глава 5. Особенности дефектообразования при имплантации в кремний ионов фтора 81
Глава 6. Основные результаты и выводы 94
Список литературы 98
Список публикаций по теме диссертации 104
- Влияние параметров ионной имплантации на детектируемый сигнал
- Использование термоволнового метода для исследования мелкозалегающих р-n переходов
- Анализ соотношений вкладов основных механизмов для реальных условий эксперимента
- Влияние поверхностного слоя окисла на термооптический сигнал
Введение к работе
Актуальность темы
Основной тенденцией развития современной полупроводниковой технологии является повышение степени интеграции компонентов (VLSI и ULSI технологии, трехмерные приборы и т.д.) и увеличение площади кристаллов.
Важнейшая задача индустрии производства приборов и компонентов заключается в снижении их стоимости при одновременном улучшении качества исполнения. Это становится возможным с применением процесса ионной имплантации. Также ионная имплантация применяется и в других областях (микромеханика, микрооптика), для модификации свойств металлов и оптических свойств материалов [1,2,3].
Развитие ионной имплантации выдвигает высокие требования к однородности и воспроизводимости эффектов, получаемых при использовании данного процесса. Появляется необходимость в разработке неразрушающих, бесконтактных, быстрых (экспресс) методик контроля параметров ионного легирования (доза, однородность дозы, энергия иона, температура пластины) [4], которые способны проводить структурные и электрофизические измерения на формируемых структурах и, в то же время, легко встраиваться в процессное оборудование для непосредственного контроля параметров во время проведения процесса и мониторинга текущей продукции.
Например, еще несколько лет назад доза легирующей примеси при ионной имплантации и неравномерность дозы по пластине почти всегда контролировалась по методике измерения слоевого сопротивления [4,5]. При этом необходима процедура отжига после имплантации, что в свою очередь, требует временных и финансовых затрат, плохо согласуется 'с поточным производством и позволяет проводить измерения только на тестовых пластинах.
Несколько лет назад в ряде научных центров началась разработка методики, основанной на фототермических эффектах, позволяющей исследовать свойства поверхностных и приповерхностных слоев кремния, а также пленок на его поверхности. Сейчас техника [6,7], реализующая данную методику, достигла высокого уровня развития, что дает возможность использовать ее в промышленном производстве в различных областях полупроводниковой технологии.
В настоящее время в производстве наиболее часто используется установка фирмы TERMA WAVE Inc., США [8,9], принцип работы которой основывается на модуляции коэффициента отражения.
Откалиброванная установка позволяет переводить сигнал отклика непосредственно в дозу или толщину поверхностной пленки. Процедура измерения полностью автоматизирована. Поэтому сразу после технологического процесса можно визуализировать микро и макро неравномерности с высокой чувствительностью.
В свою очередь, мы использовали установку TWIN SC (Therma Wave Inspection System) [10,11], разработанную фирмой Jenoptic Technology вместе с университетом Фридриха Шиллера в г. Иена, Германия, в которой, в отличие от американского прибора, используется повышающий чувствительность гетеродинный принцип [10].
Цель работы
Целью работы было определение возможностей, ограничений и особенностей применения термооптического метода для исследования структурных и электрофизических изменений поверхности кремния после технологических обработок (ионная бомбардировка, высокотемпературное окисление, травление, термическая обработка).
Научная новизна
Для высокочувствительного метода контроля изменения свойств поверхности кремния после различных технологических обработок определены особенности применения, выражающиеся в том, что в процессе измерения состояние контролируемых структурных дефектов может изменяться как за счет перезарядки, так и путем отжига.
Установлено, что в условиях реализации применяемого в работе метода (высокая частота модуляции возбуждающего оптического излучения -1МГц) основной вклад в измеряемый сигнал дает не нагрев образца, а изменение концентрации свободных носителей заряда (эффект Друде).
С помощью термооптической методики выявлены дополнительные особенности процесса ионной имплантации и последующего отжига. Основная из них состоит в том, что отжиг имплантированных слоев приводит к начальному состоянию поверхности по составу дефектов.
Экспериментально показано, что отжиг радиационных дефектов может происходить при комнатной температуре в течение длительного времени (до одного года и более). На любой стадии отжига он может быть активирован лазерной засветкой.
Показано, на примере внедрения ионов фтора в кремний, что скорость накопления радиационных дефектов может зависеть от химической природы имплантируемого иона. Сделано предположение, что этот эффект определяется возрастанием роли метастабильных пар Френкеля.
Ускоренное накопление радиационных дефектов при имплантации ионов фтора не приводит к ожидаемому изменению зависимости дозы аморфизации от массы иона, что связано с отсутствием пространственного разделения вакансий и междоузельных атомов для метастабильных пар Френкеля, а, следовательно, и накопления многовакансионных комплексов.
7. Установлено, что внедрение атомов фтора приводит к ускоренному спонтанному окислению имплантированных образцов во время хранения при комнатной температуре.
Практическая значимость
Сформулированы условия применения термооптического метода для контроля технологического процесса ионной имплантации (частота модуляции лазера, время одного измерения, интервал времени между имплантацией и измерением, предварительная обработка поверхности образца), позволяющие оптимизировать процесс измерения и устранить факторы, приводящие к дополнительной погрешности. В частности, показано, что времязависимые измерения дают возможность выявить эффекты, связанные как с отжигом дефектов во время измерения, так и с перезарядкой дефектных центров.
Обнаруженный эффект ускоренного накопления радиационных дефектов при имплантации в кремний ионов фтора позволяет использовать эту операцию при создании сверхмелких р-n переходов (дефекты тормозят диффузию атомов бора) вместо предлагаемой в современной литературе комплексной процедуры - аморфизация с помощью ионов германия, а затем имплантация ионов фтора.
Основные положения, выносимые на защиту
Использование высокочувствительной методики, основанной на термооптическом эффекте, для изучения приповерхностных структурных трансформаций может приводить к изменению параметров контролируемых дефектных центров (концентрация и зарядовое состояние) в процессе измерения.
Отжиг радиационных дефектов в имплантированных слоях кремния наблюдается при комнатной температуре и носит длинновременной характер (год и более).
Скорость накопления радиационных дефектов при ионной имплантации фтора зависит не только от массы, но и химической природы бомбардирующего иона.
Ускоренное накопление радиационных дефектов при имплантации ионов фтора в кремний определяется вкладом метастабильных пар Френкеля в процесс дефектообразования. Этот вклад не сказывается на изменении дозы аморфизации, что связано с отсутствием пространственного разделения для этих метастабильных пар.
Апробация работы и публикации
Результаты работы были доложены и обсуждены на 5-ом Всероссийском семинаре "Радиационная физика металлов и сплавов" (г. Снежинск, Челябинской обл., 23 февраля по 1 марта, 2003 г.), 5-ой Международной конференции "Ion implantation and other applications of ions and electrons" (ION-2004, г. Казимерж Дольный, Польша, 14-17 июня, 2004 г.), 7-ом Всероссийском семинаре "Физические и физико-химические основы ионной имплантации" (ФФХОИИ-2004, Нижний Новгород, 26-29 октября, 2004 г.), 6-ом Всероссийском семинаре "Радиационная физика металлов и сплавов" (г. Снежинск, Челябинской обл., 20-26 февраля, 2005 г.), 8-й Международной конференции "Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий" (г. Обнинск, Калужской обл., 14-18 июня, 2005 г.), 17-ой Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью" (ISI-2005, г. Звенигород, Московской обл., 25-29 августа, 2005 г.), 14-ой Международной конференции "Surface modification of materials by ion beams" (SMMIB-2005, г. Кушадаси, Турция, 4-9 сентября, 2005 г.), 16-ой Международной конференции по электростатическим ускорителям и пучковым технологиям (ЭСУ-2006, г. Обнинск, Калужской обл., 6-8 июня, 2006 г.), 15-ой Международной конференции "Ion beam modification of materials" (IBMM-2006, г. Таормина, Италия, 18-22 сентября, 2006г.), 8-ом Всероссийском семинаре "Физические и физико-химические
11 основы ионной имплантации" (ФФХОИИ-2004, Нижний Новгород, 22-27 октября, 2006 г.).
В ходе подготовки диссертационной работы была получена премия Правительства Российской Федерации 2005 года в области науки и техники для молодых ученых, 3-я премия фонда Селии Элиотт, а также стипендия Правительства РФ.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в реферируемых отечественных научных журналах и 10 докладов либо тезисов на международных конференциях. Список указанных публикаций приведен в конце автореферата.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав и списка цитируемой литературы, изложена на 106 страницах, содержит 54 рисунка и 3 таблицы. Список литературы включает 51 наименования.
Влияние параметров ионной имплантации на детектируемый сигнал
Наравне с постоянной составляющей отклика, коэффициентом отражения 7?, в качестве измеряемого параметра вводится переменная составляющая, детектируемая на разностной частоте 10 кГц (комплексный переводной коэффициент), который является основным измеряемым сигналом от исследуемого образца, где (l-R)P/\v нормирование по гауссовой форме возбуждающего лазерного луча, Рх реальная часть и Ру мнимая часть, отраженной лазерной энергии, детектируемой на дифференциальной частоте 10 кГц [10].
Использование в качестве информации амплитуды и фазы измеряемого сигнала удобно представлять на комплексной плоскости. Это и делается в основном разработчиками установки TWIN SC. Однако, как отмечалось нами ранее, при частотах модуляции порядка 1МГц использование фазы становится малоинформативным. Видимо, по этой причине в подавляющем большинстве работ, выполненных с применением установки Therma Probe, при представлении результатов используется только амплитуда измеряемого сигнала. В нашей работе, с учетом вышеприведенного анализа мы приняли решение использовать только амплитуду измеряемого сигнала.
В данной установке также используется два лазера [9], сфокусированных в одну точку. Отличием является то, что для возбуждения используется, так называемый, "накачивающий" аргоновый лазер, модулируемый с частотой от 0.1 до 10 МГц. Считывание сигнала, отраженного от образца, производится в той же точке, что и возбуждение, смодулированным He-Ne лазером. Сейчас для обеспечения большей устойчивости считываемого сигнала применяется полупроводниковый "накачивающий" лазер [16].
Единицей измерения в данной методике является TWU (Thermal Wave Units), которые соотносятся с отражаемым откликом следующим образом: Фототермический отклик от кремния и от других полупроводниковых материалов высокочувствителен к состоянию материала [18]. Это больше применимо для состояния поверхности пластины, потому что любой дефект на поверхности действует как рекомбинационный центр для волны носителей заряда. Следовательно, сумма всех дефектов на поверхности пластины будет определять скорость поверхностной рекомбинации и, отсюда, среднее время жизни избыточных носителей заряда. К этому добавляются эффект влияния оптических свойств пассивирующих и процессных слоев (коэффициент отражения, дисперсия, абсорбция) на сигнал отклика. При измерении имплантированных кремниевых пластин, особенно важно знать, как меняется переводной коэффициент \К\ и коэффициент отражения R с изменением толщины поверхностного слоя окисла. Для этого необходимо учитывать, как изменяется сигнал от толщины поверхностного слоя окисла на неимплантированных пластинах (рис.1-3) [11]. Хорошо известно, что высокотемпературное окисление приводит к возрастанию междоузельной природы вблизи границы раздела кремний - растущая пленка SiC 2 (двойники и дефекты упаковки). Эти дефекты также хорошо регистрируются с помощью термоволновой методики. В частности образование таких дефектов используется для контроля качества обработки поверхности в соответствии с принятыми международными стандартами [согласно мировому стандарту SEMI М34-0299]. Колебание \К\ и R для установки TWIN и AR/R для установки Therma Probe по всей пластине используется для определения однородности толщины поверхностного слоя окисла [8,11].
На имплантированных через слой поверхностного окисла пластинах фототермический отклик будет содержать две компоненты: отклик от дефектных поверхностных центров и от дефектов, привносимых ионным легированием. Зависимость увеличения сигнала от толщины поверхностного слоя окисла будет сохраняться, только для тех режимов имплантации, где концентрации поверхностных дефектов и дефектов, образованных в результате имплантации, разнесены в объеме исследуемого образца. К тому же профили распределения радиационных повреждений кристаллической решетки кремния (при постоянной энергии) с увеличением толщины окисла будут сдвигаться к поверхности [8]. На рис. 1-4 представлена зависимость фототермического отклика от дозы (имплантация В+, энергия 50кэВ, диапазон доз 10"-1015см-2). На нем изображены три кривые, которые соответствуют трем различным толщинам слоя поверхностного окисла кремния (660А, 360А, и естественный слой окисла), через который проводилась имплантация и дальнейшее измерение. Для каждой толщины было имплантировано 5 пластин, по одной на каждую дозу. После имплантации и без отжига, пластины были измерены на установке Therma Probe. На этом рисунке видно, что на малых дозах имплантации измеряемый сигнал от пластины, имплантированной бором через слой окисла ненамного больше, чем от пластины без поверхностного окисла. Но с увеличением дозы имплантации, разница между этими двумя сигналами растет. Это возможно объясняется тем, что на больших дозах имплантации в приповерхностный слой кремния внедряются дополнительные атомы кислорода (по механизму "knock on implantation"), что приводит к образованию дополнительного окисла и соответственно введению дополнительных окислительных дефектов.
Если же в результате имплантации глубина проникновения примеси и дефектов невелика (находится близко к поверхности пластины), то с увеличением толщины поверхностного окисла составляющая отклика, отвечающая за концентрацию дефектов, привносимых имплантацией, будет уменьшаться за счет сближения профилей распределения этих двух типов дефектов вплоть до их слияния.
Использование термоволнового метода для исследования мелкозалегающих р-n переходов
В установке Therma Probe даже предусмотрена специальная функция "Decay Compensation" [25], корректирующая релаксированный измеряемый отклик.
Для уменьшения влияния этого фактора на установке TWIN SC рекомендуется фиксировать интервал между имплантацией и измерением, например/ Ічас [11]. Процессы термической обработки (отжига) и аннигиляции радиационных дефектов несут серьезные изменения в сигнале. Таким образом, измерения, проведенные после данных процессов, не отображают процесс ионного легирования. В некоторых случаях существует необходимость проведения измерений на отдельных полупроводниковых структурах. Для этого можно использовать линейное сканирование. На рис. 1-15(a) [13] представлен участок ячейки ROM-памяти, запрограммированный с помощью ионного легирования (В+, D=1-10CM", энергия 180кэВ), где хорошо виден набор п-канальных транзисторов, составляющих одиночные биты полупроводникового прибора. Также отмечена фоторезистивная маска, которая использовалась для маскирования транзисторных затворов от программирующей имплантации в OFF-битах. На рис. 1-15(6) [13] приведено линейное измерение длинною 40мкм после снятия фоторезиста. Области линейного скана, где значение детектируемого сигнала больше 3.8-10 , соответствуют областям поликремниевого затвора шириной 2мкм. На начальном (2-6мкм и 37-40мкм) и конечном участке представлены значения детектируемого отклика для маскированных стоков/истоков и затворов в OFF-битах. В центре (между ІЗмкм и ЗОмкм) происходит увеличение сигнала на незащищенных сток/истоках, окружающих два затвора, в ON-битах. Развитие полупроводниковой технологии приводит к необходимости использования имплантации ионов с малой энергией для получения мелкозалегающего ( 500А) профиля распределения примеси. В свою очередь, для минимизации диффузии примеси в подложку, при формировании р-п перехода, были разработаны специальные методы отжига (например, лазерный, с использованием лампы-вспышки или импульсного нагрева). Совмещение имплантации В+ или Аг+ с малой энергией и отжига RTA является на сегодняшний день основным процессом при создании мелкозалегающих р-п переходов. Проблема заключается в том, что после отжига профиль распределения примеси изменяет свою первоначальную (после имплантации) форму и расположение в подложке. Обычно для контроля наиболее критичных параметров р-п перехода (глубина, крутизна профиля, степень активации) используются разрушающие методы, такие как, вторичная ионная масс-спектроскопия (ВИМС), просвечивающая электронная микроскопия (ТЕМ) и измерение глубины распределения объемного сопротивления. Более того, время измерения может занимать дни, а то и недели. Поэтому, в связи с возрастающей необходимостью в быстрой, чувствительной, неразрушающей методике мониторинга ключевых параметров мелкозалегающих р-n переходов, создателями установки Therma Probe на основе термооптического метода была разработана новая метрологическая система [17,33]. Усовершенствования заключаются в том, что было использовано: - многочастотное модулирование "накачивающего" лазера (от 1МГц до 20МГц) для повышения чувствительности, - система, позволяющая прецизионное сканирование фототермического поля путем изменения расстояния между "накачивающим" и тестирующим лазерами (рис. 1-16), - компьютерные алгоритмы моделирования. Был протестирован набор пластин, имплантированных ионами бора дозой 4.5 Ю14см"2 с различными энергиями (от 0.2кэВ до 5кэВ). Как показано на рис. 1-17, амплитуда термоволнового сигнала проявляет высокую чувствительность к энергии легирования, изменяя профиль горизонтального сканирования.
Анализ соотношений вкладов основных механизмов для реальных условий эксперимента
В данной главе рассмотрены эффекты, связанные с использованием термооптической методики для исследования поверхности и приповерхностных слоев имплантированного кремния. Именно на этих объектах методика проявила максимальные возможности, однако как выяснилось из анализа опубликованных результатов к моменту начала работы (см. Глава 1), дальнейшее развитие возможностей использования метода в данном направлении требует дополнительных усилий, что соответствует сформулированной цели работы. В главе рассмотрены результаты по исследованию с помощью термооптического метода пластин монокристаллического кремния, подвергнутых предварительной обработке и операциям ионной имплантации с последующим отжигом в соответствии со стандартным технологическим процессом производства больших интегральных схем. Выяснены также особенности имплантации ионов непосредственно в подготовленную с помощью специальных очисток поверхность, а также через предварительно выращенный на поверхности окисел - диоксид кремния, также соответствующий текущей технологии.
В этих исследованиях главным образом уделялось внимание рассмотрению процессов накопления радиационных дефектов в зависимости от дозы имплантации для ионов разных масс, наиболее употребимых в технологических процессах (В+, Р+, As+, BF2+). Подробно были проанализированы результаты процессов отжига.
В работе были использованы стандартные пластины монокристаллического кремния (КДБ 10-12, КЭФ 4.5), изначально подвергнутые общепринятой химико-динамической полировке. Для облучения использовались ионы В+, F+, Р+, As+, BF2+ с тем, чтобы проследить зависимость процесса дефектообразования от массы иона. Параметры пучка ионов выбирались в соответствии с процессами, применяемыми на производстве интегральных схем. Термический отжиг производился при температурах в диапазоне от 300 до 1100 С, 60с. На ряде пластин был выращен термический окисел толщиной 115А. Выбор связан с тем, что именно такая толщина используется в процессе ионного легирования согласно стандартному технологическому маршруту. Толщина окисного слоя измерялась эллипсометром с погрешностью 0,1 А. Термооптические измерения производились в следующих режимах: пластина освещалась в точке двумя лазерными лучами (полупроводниковые лазеры, мощность каждого 8 мВт, X = 785 нм). Постоянные лазерные лучи модулировались с частотами 1 МГц и 1,01 МГц, а измерение отраженного света проводилось на разностной частоте 10 кГц. Длительность измерения в точке составляла ЗЗОмс. Длительность времязависимого измерения составляла 6 и 20 мин., а период между детектированиями отраженного света 1 мин. Основные закономерности изменения термооптического сигнала на имплантированных образцах кремния, отражающие дозовую зависимость, зависимость от энергии, приведены и обсуждаются в [20]. В данной главе приводятся результаты исследований, связанные с особенностями применяемого метода и его возможностями, которые ранее не изучались. Из приведенных в таблице данных (Табл.4-1) видно, что величина термооптического сигнала прямо связана с величиной радиационных нарушений, определяемых при сравнимых параметрах облучения массой бомбардирующего иона: сигнал увеличивается с увеличением массы иона (В , Р+, As+, BF?+). Однако использование ионов F+ привело к неожиданному результату: величина термооптического сигнала при тех же параметрах облучения оказалась существенно выше, чем для более тяжелого иона Р+ и практически сравнима с величиной сигнала для наиболее тяжелого из используемых ионов As+. Интересно отметить, что использование фтора в технологическом процессе ионной имплантации широко известно. Тем не менее, в реальном процессе происходит облучение не отдельным ионом \ а молекулярным ионом BF2+, с целью увеличения интенсивности процесса дефектообразования. Многочисленные, в том числе опубликованные в последнее время работы посвящены процессам после внедрения ионов BF2+: особенностям диффузии из имплантированного слоя, активации внедренной примеси (бор) [35,36], тогда как наблюдаемый характер дефектообразования при внедрении ионов F+, насколько нам известно, систематически не изучался. Этот результат, получение которого связано, по-видимому, с возможностями применения данной методики, заставил провести специальный цикл исследований с применением взаимодополняющих методов, которые были посвящены выявлению механизмов накопления структурных дефектов при внедрении ионов фтора, процессам аморфизации при таком внедрении, а также сопутствующим эффектам, в частности, спонтанному ускоренному окислению облученных ионами фтора образцов кремния при длительном хранении (без применения дополнительных процедур: нагрев, окислительная атмосфера и так далее). Описанию и подробному исследованию этого эффекта посвящена отдельная глава (Глава 5). Здесь же в общем рассмотрении процессов накопления дефектов интересно отметить результаты по дозовой зависимости величины термооптического сигнала для ионов, которые сравнивались с точки зрения эффективности дефектообразования (рис. 4-1).
Влияние поверхностного слоя окисла на термооптический сигнал
Дополнительно были проведены исследования пластин, легированных ионами фосфора с различной дозой. Измерения проводились до отжига (при температуре 1000С) и после него. Результаты представлены на рис.4-5, анализ которых наглядно показывает процесс накопления радиационных дефектов с дозой. Следует отметить, что на малых дозах различие мелсду данными, которые соответствуют "отожженным" и "не отожженным" образцам, практически не проявляется. Заметное расхождение происходит с набором дозы и становится отчетливо видно при достижении дозы аморфизации. Этот факт еще раз показывает наступление фазового перехода аморфное состояние - монокристалл.
При использовании оригинального способа измерений в одной точке через определенный интервал времени (времязависимые измерения) нами были получены интересные результаты на отожженных образцах, по сравнению с облученными и исходными образцами (до процесса имплантации) (рис.4-6). Оказалось, что динамика изменения сигнала на отожженных образцах становится аналогичной тому, что происходит на образцах до облучения [A3]: либо величина термооптического сигнала, при проведении повторного времязависимого измерения, возрастает на образцах без покрытия (окисла), либо становится стабильной для пластин с окислом.
Следует отметить, что после отжига начальная величина сигнала, при проведении времязависимого измерения оказывается меньше по сравнению с необлученным образцом. Сам по себе отжиг (в атмосфере азота) неимплантированных образцов также приводит к снижению величины сигнала, что было показано в Главе 3.
Присутствие окисла на необлученных образцах приводит к увеличению наблюдаемого сигнала (начальная точка времязависимого измерения), что обусловлено введением структурных дефектов в процессе окисления (см. рис.3-6 в Главе 3) [А1], а на образцах, облученных через поверхностный слой окисла, наоборот, к уменьшению, из-за того, что часть внедряемой примеси остается в окисле (рис. 4-7, 4-8).
В этой связи целесообразно вернуться к предположению (см. раздел 4.2.2), в котором при длительном хранении образец, имплантированный ионами фтора, подвержен ускоренному, спонтанному окислению (рис.4-9). Действительно, проверка показала (измерение на эллипсометре), что на образце легированном ионами фтора (доза 2.3-10 см , энергия 60 кэВ) после хранения при комнатной температуре в течение 1 года вырастает окисел толщиной 280А, тогда как на других образцах толщина естественного окисла не превышает 50А (при тех же параметрах хранения). Это увеличение толщины окисла при хранении образца, облученного F+ определяется, по-видимому, химической активностью атомов фтора. В свою очередь нарастание термооптического сигнала на этих образцах во время длительного хранения также связано с этим "спонтанным" окислением, что приводит к введению дополнительных структурных дефектов в прилежащую область кремниевой пластины.
При рассмотрении процессов окисления следует подчеркнуть важное обстоятельство, обнаруженное при анализе динамики изменения термооптического сигнала в течении времязависимых измерений. В отличие от случаев проведения таких циклов измерений на не окисленных образцах до облучения (величина сигнала возрастает, см. рис.2-3 в Главе 2) и после облучения (величина сигнала падает, см. рис.2-4 в Главе 2), на окисленном образце до облучения и после отжига наблюдается стабильность величины сигнала в ходе времязависимых измерений. Это свидетельствует о том, что хотя само окисление и вносит дефекты в приповерхностную область образца, однако эти дефекты не подвергаются влиянию (перестройка, отжиг, перезарядка) при воздействии лазерного излучения в ходе измерения.
Дополнительную и достаточно важную информацию о проявлении дефектных центров дает проведение циклов времязависимых измерений с постоянной засветкой лазерным излучением образца и без нее, когда освещение происходит только во время измерения, а между ними прерывается с помощью специальной шторки. Сравнение результатов измерений термооптического отклика, проводимых в режиме времязависимых циклов (рис.4-10) показало, что при использовании шторки изменение сигнала при повторных измерениях в течении времязависимого цикла не происходит, а при постоянной подсветке между измерениями величина сигнала уменьшается при каждом последующем измерении. Повторение цикла времязависимых измерений в исследуемой точке на поверхности выявило следующие закономерности поведения наблюдаемого сигнала (рис.4-11 и 3-2 в Главе 3). Из рисунков видно, что изменение может быть как обратимым, что связано с модификацией поверхности (возможно с перезарядкой дефектных центров), так и необратимым, что определяется отжигом центров в процессе измерения.
