РОЗДІЛ 2
МОДИФІКАЦІЯ ДЕФЕКТНОГО СКЛАДУ КРИСТАЛУ ПІСЛЯ ІМПЛАНТАЦІЇ ТА НАСТУПНИХ
ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБРОБОК
В сучасній технології виробництва напівпровідникових приладів широко
використовується іонна імплантація. Цей метод надає унікальну можливість
введення домішок в приповерхневі шари напівпровідника у бажаних концентраціях
та із заданим просторовим розподілом, завдяки чому можна створювати мілкі
приповерхневі p-n-переходи з різкими фронтами легуючої домішки. Додатковими
перевагами методу іонної імплантації є чистота легуючих матеріалів, істотне
зменшення часу введення домішок порівняно зі стандартним легуванням, можливість
керувати профілем розподілу легуючої домішки шляхом контролю енергії іонів та
їх сумарного заряду, висока відтворюваність цього профілю, а також можливість
здійснювати легування кремнієвої підкладки через шар діелектрика, що є
надзвичайно важливим при виготовленні структур метал-діелектрик-напівпровідник
(МДН). Значну роль відіграє також те, що процес іонної імплантації не
лімітується межею хімічної розчинності іонів, які імплантуються.
При виготовленні напівпровідникових приладів і структур після технологічної
операції імплантування потрібно застосовувати постімплантаційні обробки.
Необхідність в таких обробках пов’язана в першу чергу з тим, що безпосередньо
після імплантації домішки розташовані переважно не у вузлах кристалічної
гратки, що відповідає електрично активному станові ліганту, а у міжвузлях,
тобто ці домішки не є електрично активними [80, 81]. Крім того, в процесі
імплантації завдяки високій енергії імплантованих іонів, відбувається значне
розупорядкування кристалічної гратки (за рахунок генерації вакансій та інших
радіаційних дефектів). Радіаційні дефекти можуть істотно змінювати властивості
МДН-приладів, створювати додаткові нестабільності заряду як в діелектричному
шарі, так і в приповерхневій області напівпровідника. Від ефективності
постімплантаційної обробки, яка має усунути перелічені вище негативні наслідки
імплантації, істотно залежить якість електронних приладів.
Детальне розуміння перетворень, які відбуваються у напівпровідниках при
імплантації та постімплантаційній обробці, є необхідною умовою для оптимізації
технологічних процесів і отримання заданих параметрів матеріалів та приладів.
Вивчення цих перетворень здійснюють багатьма різноманітними методами, кожен з
яких має свої переваги та недоліки. В даному дослідженні для аналізу дефектного
складу імплантованого матеріалу та його змін при наступних обробках
запропоновано застосовувати фотолюмінесцентний метод який дозволяє отримати
прямі докази того, що при плазмовій обробці імплантованого кремнію відбувається
перехід імплантованих іонів із міжвузельного у вузельне положення, а також
проаналізовані перетворення імплантаційних дефектів під впливом термовідпалу та
обробки імплантованого кремнію у плазмі високочастотного розряду.
2.1. Фотолюмінесцентний метод контролю кристалографічного положення
імплантованої домішки
Для з’ясування механізмів зміни електричних параметрів імплантованого кремнію
нами вперше запропоновано використовувати вимірювання фотолюмінесценції. Раніше
в класичних роботах [40, 82-85] була продемонстрована можливість ідентифікації
домішок в кремнії та визначення їх концентрації по спектрах ЕДК. Однак досі
люмінесцентний метод застосовувався лише для монокристалічного кремнію з
високим ступенем упорядкованості кристалічної гратки та з порівняно низькими
рівнями легування, тобто за таких умов, коли безвипромінювальна рекомбінація в
матеріалі не відігравала домінуючої ролі.
В імплантованому матеріалі ми зустрічаємося із суттєво іншою ситуацією.
Концентрація дефектів в імплантованих зразках є на порядки більшою, ніж у
вихідних, відповідно, імовірність безвипромінювальної рекомбінації має також
бути набагато більшою. Отже, вирішальну роль при застосуванні
фотолюмінесцентного методу для аналізу імплантованих зразків відіграє
чутливість спектральної установки.
В роботах [86-88] нами було показано, що, незважаючи на розупорядкування
кристалічної гратки в процесі імплантації, фотолюмінесцентний метод може бути
успішно застосований для контролю за поведінкою імплантованих іонів при
різноманітних постімплантаційних обробках. В даних дослідженнях висока
чутливість установки забезпечувалася одночасним використанням: 1)
світлосильного монохроматора з високою роздільною здатністю в ближньому ІЧ
діапазоні (монохроматора ДСФ-12, модифікованого для роботи в першому порядку
дифракції), 2) ФЕП з максимально далекою червоною межею чутливості (проводився
відбір ФЕП-112 з унікальними характеристиками), 3) охолодження ФЕП, 4) системи
ліку фотонів для реєстрації сигналу, 5) високих рівнів збудження
(використовувалося випромінювання аргонового лазера потужністю до 500 мВт,
л=514,5 нм).
В цьому параграфі ми демонструємо ефективність даного методу на прикладі
кремнію, до якого були застосовані стандартна промислова імплантація та
постімплантаційна обробка. Зразки являли собою монокристалічні пластини р-Si
(КДБ-10), вирощені методом Чохральського, імплантовані іонами фосфору з
енергією 120 кеВ. Дози імплантації складали 1012 -1014 іон/см2. Відпал
імплантованих зразків проводився на повітрі при температурі 1000оС протягом 15
хвилин.
На рис. 2.1 наведені результати досліджень впливу дози імплантації на
випромінювання зв’язаних на борі екситонно-домішкових комплексів в кремнії.
Збільшення дози імплантації веде до зменшення інтенсивності ліній
випромінювання зв’язаних багатоекситонних комплексів як у безфононній о
- Київ+380960830922