Введение к работе
Актуальность темы.
Широкая распространенность и хорошие полупроводниковые свойства позволяют кремнию занимать ведущее место среда материалов, применяемых'в электронной технике. Особую роль с точки зрения технологии приборов на основе кремния играют примеси кислорода и углерода, которые попадают в кристаллическую решетку при выращивании по методу Ч^хральского
(Cz-Si ) .
Монокристаллы кремния, начинал с их выращивания и до изготовления приборов на их основе, проходят несколько этапов термообработки, в результате чего могут произойти изменения многих важных параметров материала за счет образования термодефектов, в частности кислородосодєржащих.
В последние года при изготовлении приборов на основе кремния широко применяется метод внутреннего генерирование. целью которого является защита поверхностно-активных структур от проникновения нежелательных примесей при различных термообработках, связанных с технологией изготовления приборов. Процесс геттерирования заключается в захвате атомов этих примесей геттерами, в первую очередь, преципитатами кислорода. Для реализации этого методо требуется кремнии с высоким содержанием кислорода, т.е. cz-^i, таким образом приходится принимать во внимание влияние кислорода как на образование термодефектов, так и на гвт^ерирокакиб.
Дело в том, что име/?но кислород является основной составляющей термодефоктов. образующихся н наиболее важной с технологической точки зрения области томператур ЗСЮ-800С, это так называемые термодоноры (td), дефекты с достаточно сложным энергетическим спектром и пространственной структурой. Весьма существенным являются тагже влияние углерода на распад твердого .'пересыщенного растиора кислорода И ЙОрНИрОПЯЮ'В го П
- 4 -крэмнии, что весьма затрудняет исследование процесса образования td.
Проблема td привлекает внимание исследователей во всем мире на протяжении последних двадцати лет. Этот интерес понятен, поскольку кремний все шире используется в микроэлектронике, а дефекты, образующиеся в кремнии при термообработке, существенно влияют на качество, изготовляемых приборных структур. Детальное исследование свойств td, процессов .ос формирования и взаимодействия с другими дефектами открывает возможности совершенствования технологии выращивания кремния и улучшения процессов изготовления элементной базы микроэлектроники. В научном плане эти исследования расширяют знания о процессах, происходящих в реальных кристаллах. Экоперименталыые данные о свойствах ш недостаточно полны, а зачастую содержат серьезные противоречия, поэтому до настоящего времэшг исследование td является весьма актуальной задачей.
Цель работы.
Целью настоящей работы явилось изучение электрических характеристик td, при этом основное внимание уделялось так называемым "ноаым донорам" (nd), образующимся в области температур 600С $ т^ 700С. Исследованы энергетический спектр указанных центров, а также влияние на этот спектр таких важных параметров как концентрация кислорода, температура и длительность термообработки, концентрация примеси германия.
Для исследования электрических свойств td в кремнии в работе изучались температурные зависимости концентрации носителей заряда. Это позволяло с помощью уравнения электронейтральности раздельно определять концентрации основных и компенсі.тіующил центров, -ли данные были дополнены результатами оптических измерений.
- 5 -Научная новизна.
-
Показано, что при сравнительно малых концентрациях кислорода (6+8Н017см~а в cz-si скорость образования двойных термодоноров (ttd) при т^500С растет при увеличении концентрации кислорода приблизительно по линейному закону, в то время как при больших концентрациях (согласно литерзтурннм данным) эта скорость пропорциональна четвертой стэпеки концентрации кислорода.
-
КИСЛОрОДОСОДерЖВВДЙ центр С ЭПР ОІТеКТрОМ SJ-NLiO,
образующийся в cz-si <р> при т=460С, является простым донором с энергией ионизации большей, чем « ес-0.06 эБ.
3. Распределение nd в cz-si, образующихся при T^tXiOC,
по их энергиям ионизации зависит от концентрации кислорода, а
также от температуры термообработки. Центры с более глубокими
донорными уровнями доминируют при более высоких температурах
(т=700С).
-
Термообработка cz-si при т=б00С уменьшает концентрации мелких акцепторных и доноргах состояний, в результате взаимодействия атомов остаточных примбсей' бора и фосфора с собственными точечными дефектами.
-
Присутствие изовалэнтной примгіси германия з кощентрации « 2-I02Ocm"3 практически полностью подавляет топ компоненту в составе ья>, возникающую п cz-s* <се> пр.\» т-=ЭХГО.
Практическая значимость работы.
Дефекты, образующиеся в кремнии при технологическое термообработке и. в первую очередь, киолородосодерзкэщиа in, существенно влияют на электрические параметры материал;-:; и приборных структур на его осноза. Исследования природа то, ьх энергетического спектра, процессов формирования и отяігґа способствуют совершенствованию технологии вырашдашия кремния и процессов изготовлешія приборов. Представленим результаты. обладают практической ценностью.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Установлено, что г cz-si характер зависимости скорости
образования td при т=450С от концентрации кислорода резко
изменяется в области концентрации (6+8)-І0і7см"а. Это позволяет
ввести понятие "критической концентрации" кислорода, вблизи
которой резко изменяется характер его распределения в решетке
и, следовательно, характер процесса формирования td.
2. ЭПР спектр si-шло, предположительно
идентифицирозанный в cz-si
ранзе в литературе как
акцепторное состояние кислородосодержащего термодефекта, в
действительности принадлежит td с уровнем, расположенным
глубже, чем « ес-0.06 эВ.
3. Вклад различных компонентов энергетического спектра nd
в -z-si сильно зависит от температуры термообработки и
концентрации кислорода. При т=600С доминирующими являются tdd
центры с уровнями » ес-о.07 эВ и ес-о.15 эВ, если концентрация
кислорода составляет 6 1017см"3. При концентрации
кислорода >8-1017см"3 к известным двойным донорным центрам
добавляются донорные центры с уровнями « е -0.03 эВ и
*< ес-0.09 эВ. При повышении температуры (до т=700С)
доминирующими становятся -более глубокие td с. уровнями «Ес-0.12
ЗЕ И» Е -0.3 эВ.
4. Присутствие изовалентной примеси германия в
концентрации k2»IG2cm~3 практически полностью подавляет tdd
компоненту в составе nd, возникающую в cz-si
Апробация работы.
Результаты работы докладывались и обсуждались на і Национальной ' конференции по дефектам в полупроводниках (Санкт-Петербург, 1992), на xvii Международной конференции по дефектам в полупроводниках (Австрия, Гмукден, 1993), на v Международной конференции по генерированию и исследованию дефектов в полупроводниковой технологии (gadest ) (Германия.
- 7 -Клингемюле, 1993), на научных семинарах в лаборатории физики локалышх состояний в полупроводниках (ФГИ игл. А.Ф.Иоффе РАН), на научных семинарах в университетах г. Падерборна и г. Нюрнберга (Гемания), а также в Исследовательском центре фирмы "Сименс" (Германия, Мюнхен).
Публикации.
Материалы диссертации изложены в 8 научных работах, в том числе в 5 статьях и в 3 докладах конференцій, сгасок которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 7^ наименовангй. Материал изложен на 4мЬстраницах, включает 2рисунка и ^.. таблицы.
