Радиационное дефектообразование в кремнии при двойной ионной имплантации Попок, Владимир Николаевич

Введение к работе

Актуальность темы диссертации. Несмотря на достаточно интенсивные исследования дважды имплантированного кремния в последние годы, ряд вопросос связанных с двойной ионной имплантацией, остается неясным или требует дальнейшего развития. Так, например, слабо изучены вопросы: перераспределения атомов примеси в зависимости от дозы, энергии и типа дополнительно имплантированных ионов; кинетики дефектообразования в дважды имплантированном кремнии. Практически нот экспериментальных данных о перестройке радиационных дефектов и рекристаллизации кремния при отжиге дважды имплантированных образцов. Требуют дальнейшего ^исследования особенности активации основной легирующей примеси при дополнительной имплантации других видов ионов. Актуальным является также сравнение експериментально полученных данных по вопросам пробегов ионов в двазды имлантированном кремнии с предлагаемыми в литературе теоретическими расчетами.

При выборе видов имплантируемых ионов учитывалось, что внедрение бора широко применяется в технологии легирования кремния. Известно также, что атомы азота и аргона не являются электрически активными в кремнии после высокотемпературного отжига, однако, дополнительная имплантация этих ионов может влиять на процессы электрической активации бора, вследствие образования радиационных дефектов, возникновения упругих напряжений в решетке кремния и т.п. Имплантация аргона используется в технологии создания интегральных схем при формировании внутренних геттеров для технологических примесей, термических и структурных дефектов. Использование для дополнительного внедрения ионов азота представляется актуальным также о точки зрения изучения его влияния на процессы дефектообразования, поскольку масса и ковалентний радиус ионов азота близки к параметрам бора. Для сравнения важно проведение дополнительной имплантации более тяжелых ионов, например, аргона.

Связь работы с научными программами. Исследования проводились в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы Белорусского государственного университета по теме

"Разработать физико-химические принципы построения многокомпонентных упорядоченных и неупорядоченных систем, перспективных для материаловедения и твердотельной электроники" по программе "Новые материалы" (N roc', per. 019ЮО55б9б)

В связи с выше сказанным, целью и задачами работы было исследование кремния, подвергнутого последовательной имплантации ионами В⁺ + N⁺ и В⁺ + Аг⁺, а :тленно:

распределения примесей по глубине при двойной имплантации и их последующего перераспределения в процессе отжига;

дефектообразования в кремнии при последовательном внедрении ионов и отжига введении-» дефектов;

- влияния дополнительной имплантации на активацию основной
легирующей примеси.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

проведено дальнейшее развитие вопросов кинетики накопления и распределения дефектов при последовательной имплантации различных видов ионов;

впервые обнаружено явление радиационного отжига в кремнии, имплантированном последовательно равными дозами (1.2х10^1Б см"²) ионов бора и азота и, как следствие, показана возможность понижения температуры отхмга дефектов, введенных имплантацией;

установлено, что в дважды имплантированном кремнии происходит образование парамагнитных центров, близких по своим параметрам к SI-P1, и их концентрация обратно пропорциональна концентрации парамагнитных центров аморфной фазы;

наблюдалась миграция атомов аргона к поверхности в процессе отжига дважды имплантированного кремния, обусловленная взаимной диффузией аргона и дефектов;

предложены модели влияния имплантации ионов азота и аргона на электрическую активацию внедренного бора в процессе изохронного отжига.

Практическая и экономическая значимость диссертационной работы заключается в том, что полученные результаты по пробегам ₀ ионов й дважды имплантированном кремнии, диффузии аргона к поверхности при отжиге, снижению температуры отжига радиационных дефектов при двойной имплантации в кремний могут быть использованы в полупроводниковой микроэлектронике при

усовершенствовании технологии изготовления приборов посредством ионной имплантации, что приведет к удешевлении ряда операций, например, при производстве диодов.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Установленные закономерности накопления и распределения радиационных дефектов в кремнии при последовательном внедрении ионов В⁺ + N⁺ и В⁺ + Ар⁺.

2. Результаты сопоставления процессов откига радиационных дефектов в моноимплантированном и дваады имплантированном ионами В⁺ + N⁺ и В⁺ + Аг⁺ кремнии.

3. Модель электрической активации внедренных ионов В⁺ при дополнительной имплантации ионов N⁺, учитывающая два .конкурирующих процесса: электрическую активацию бора при отжиге боросодержащих дефж-ных ассоциаций и компенсацию акцепторов (бора) донорами (азотом).

Личный вклад соискателя. Все приведенные в диссертации результаты получены лично соискателем и проанализированы с научным руководителем. Соавторы опубликованных работ принимали участие в подготовке образцов, проведении отдельных экспериментов и обсуждении результатов. Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором лично.

Апробация и опубликованность результатов. Основные результаты работы представлялись на 47-й научно-технической конференции, посвященной 70-летию БПИ (Минск, 1992), MRS Symposia 'Beam-Solid Interactions: Fundamentals & Applioationa' (USA, Boston, 1992), научно-практической конференции "Метрология-94" (Минск, 1994). Содержание диссертационной работы отражено в 9 публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, основных выводов и списка использованных источников. Объеы диссертации составляет 119 страниц, в том числе 38 иллюстраций и 1 таблицу. Список использованных источников включает в себя 155 наименований.

4 .