Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
Т < 600°С. Как уже упоминалось, в кремнии при малой дозе легирования имеется стадия отжига при температуре 300°С. При анализе электрических характеристик ионно-леги-ровапиых слоев было установлено, что для инверсии типа проводимости обычно необходим отжиг при 300—350°С. При Т > > 350°С концентрация носителей в ионно-легированных слоях возрастает. Это связано с тем, что дефекты находятся в непосредственной близости от примеси и для проявления ее электрических свойств необходим их уход от примеси. В этом картина
200
4)гж > °с
400
Рис. 3.24. Зависимость интенсивности линии инфракрасного поглощения, связанной с комплексом вакансия — кислород, от температуры отжига [105].
а — кремний п-типа; б —- германий п-тяпа. Залитые точки — облучение нейтронами, светлые — электронами.
существенно отличается от ситуации-при облучении быстрыми нейтронами, где кластеры не связаны с легирующей примесью. При температуре отжига 400°С и более присутствие кластеров проявляется в малой величине подвижности, наличии компенсирующих центров, сильной температурной зависимости концентрации носителей заряда в ионно-легированных слоях. Электрические измерения дают интегральную характеристику отжига. Дополнительные сведения можно получить, если наблюдать за отжигом определенного центра., В [19] приведены данные об отжиге вакансионного кластера — УУ-центра. Результаты сводятся к следующему.
1. С ростом дозы и энергии бомбардирующих ионов растет температура полного отжига УУ-центров (ср. с рис. 3.24). Это наблюдается после облучения ионами как инерт-
ных газов, так и кремния.
2. На кривых изохронного отжига можно выделить по крайней мере две стадии: первая соответствует температуре 150— 200°С, вторая — примерно 600°С. Причем вторая стадия наблюдается и при облучении кремния ионами большой энергии и при дозах, больших дозы аморфизации.
Т ~ 600°С. Если облучение проводить при комнатной температуре (или ниже) дозами, достаточными для образования аморфного слоя, то концентрация электрически активной примеси в основном увеличивается при температуре отжига ~600°С. При меньших дозах кривые отжига показывают, что концентрация электрически активной примеси достигает максимума лишь при температурах отжига ^800°С. Такая же ситуация наблюдается при ядерном легировании кремния: для проявления электрической активности фосфора в кремнии требуются температуры отжига ~8О0°С.
1000°С > Т > 600°С. В этом температурном интервале проявляется максимальная электрическая активность примеси (Т > 700—750°С), доза которой была меньше дозы аморфизации; отжигаются глубокие и компенсирующие центры. Электрофизические характеристики ионно-легированных слоев близки н свойствам объемного материала.
Необходимо подчеркнуть, что, хотя наличие разных стадий отжига резко выражено, все-таки после отжига в кристалле мо-|
102
жет оставаться заметное количество дефектов решетки. Электронно-микроскопические исследования подтвердили это L1U8]. При отжиге выше 600°С появляются дислокационные иетли, лежащие в плоскости (111), краевые дислокации, а также диполи, параллельные направлению <110>. При увеличении температуры отжига дислокационные петли увеличиваются примерно от 100 А в диаметре при 700°С до максимального размера около 1000 А при 8'06°d. Их размер не меняется при повышении температуры до 900°С. Обнаруженные дислокационные петли состоят из междоузельных атомов [108—111 J. ^
Т>1000°С. Систематических исследований дефектной структуры в данной области температур отжига не проводилось. Имеются лишь отдельные работы по исследованию слоев, отожженных при столь высоких температурах. В работе [112 J с помощью электронной микроскопии изучались слои кремния, легированные ионами бора и фосфора. В ней авторы отмечают, что при малых дозах фосфора (3—50 мкКл/см2) дефекты структуры не обнаруживаются. При дозах 50—800 мкКл/см наблюдаются петли Франка, размер которых растет от 200—300 А до нескольких микрон при увеличении дозы облучодигя, температуры и времени отжига. При больших дозах (>>800 мкКл/см ) фосфора наблюдаются дислокационные сетки несоответствия. Такие же сетки обнаруживаются при внедрении оолыпих доз
бора. -
Исследование кинетики образования сеток дало следующи результаты. При нагреве до 1050^0 отмечалось большое количество дислокационных петель. Если нагрев проводился до 1100°С, то в слое появлялись стержнеобразные дефекты, дислокационные петли тина внедрений. Увеличение температуры до 1150°С приводило к полному исчезновению дислокационных петель и формированию упорядоченной сетки.
В большинстве работ по отжигу излагаются только экспериментальные результаты. Лишь в [113, 114] полученные данные осмысливаются теоретически и предлагается теория отжига сложных дефектов. Под отжигом автор [114] понимает не только распад или укрупнение дефекта, но и изменение электронной структуры, т. е. отсутствие обмена вещества между дефектом и матрицей. Он условно делит дефекты на две категории — мелкие и крупные. Если в состав мелких (распадающихся) дефектов входят вакансии, то доминирующими подвижными дефектами будут моновакансии. Каждая вакансия, захваченная вакаясионяым кластером, приводит к его укрупнению. Часть вакансий теряется на стоках (дефектах междо-узельного типа, дислокациях и т. д.). Такую ситуацию автор называет отжигом по схеме с внешней аннигиляцией.
