автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Влияние имплантации галогенов на электрофизические свойства и процессы в монокристаллическом кремнии

.1 I 9 1

С"* >

РОССИЙСКАЯ академия НАУК Институт проблей технология каароэгжктронЕка п особсчпстых гатериалоз

Нэ правах рукопасв

КРАСНОБАЕВ ЛЕОНИД ЯКОВЛЕВИЧ

удк 557.311 : 533. 219

в.т.1яние инпла!ггации галогенов на злентросязйческме сбоПстйа

И ПРОЦЕССЫ В ГЮИОКРИСТАЛПИЧЕСКОй КРЕШИЯ.

Специальность - 05.27.01 твердотельная аягктронака

й иикроэлектроняка

АВТОРЕОЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата фнзяко-катекзтгческях наук

Черноголовка - 1992

Работа выполнена с Институте проблем техиологаы иккроолектронкка в особочвстых гатеряялов РАИ

Научный руководвтель: Кандидат физако-катокатическкх наук

О^кцнальньга оппоненты:

А. Г. Итальянцев

Доктор технвческах наук Доктор «шзвко-математических наун

а С Персенпоо Е- Е Якнкоз

Бедуцая организация: еязико-технвческагз институт кн. А. Ф. Иоффе ( С-Петербург)

ка заседаний спецвалитрооаннсго Совета Д 003.90.01 в а Институте проблем технологии микроэлектроники в особочисткх материалов РАН по адресу:

142432, пос. Черноголовка, Московской области, ЙПТН РАН

С диссертацией кокно ознакомиться в библиотеке Института проблем технологии микроэлектроники и особочастых материалов РА!!. Справки по телефону: <095) 1"

Зпдита состоится

час

Автореферат разослан

Учёный секретарь специализированного совета

ианаидат физико-математических наук

К. А. Айзенберг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теки Галогены й их соединения являв-гся

неотъемлемыми спутниками больпинства процессов технологий

кремниевой электроники. Они испольэуотся пря пиплантацяв яоноп

галогенов и галогенидов легирующих прякесей, вадкостном травлении

в растворах hf, обработке в хлор- и фтор- содергаяей плазме,

газовом травления в атмосфере н ci, «хлорном» окчслеияа.

эпитаксии. В результате вывеперечисленных процессов атсмы el и f

накапливаются в приповерхностной области крекния, и вх

21

концентрация мовэт достигать " Ю"ат/сн . В ходе посдедувдях термообработок атомы галогенов могут интенсивно перераспределяться э кристалле , взаимодействовать с собственным* дефектами кристалла и стекать на его поверхность.

Автор остановил свой выбор на случае введения гэлогеноэ в кристалл методом ионной имплантации. В этой процессе концентрация внедряемых в кристалл галогенов строго контролируема, а тому se имеется возмоа<ость управлять не только концетрацаей вводимых атомов, ко и их пространственным распределением. Имплантация ионов галогенидов легирувяих прикесей в ионокрнсталлическиЯ кремний с середины 70*хгодов широко используется в технологии микроэлектроники для создания р-n переходов. Наиболее распространённой является имплантация ионов bf^ для формирования р+-п слоев. Она является стандартной операцией, не менее распространенной, чем имплантация ионов в+.

Однако, в больиинстве экспериментальных работ, как исследовательских так и прикладных, сб электрической активности галогенов, внедрены* в si, ничего не упоминается. Те иг, я

которых подникалея вопрос об алактричаскоП активности гологенов, разрознены и малочисленны, а изложенные в ннх сведения иногда » противоречива

Проведение исследований влияния имплантированных галогенов не свойства в процессы в кремния позволило бы уиеньаить количеств« белых пятен в радиационной физике полупроводников ( наряду с галогенами - к я с1, трудно назвать еде один элемент периодической системы так вироко испольэуекыа в технология микроэлектроники а со столь мало изученным влиянием на электрофизические свойства кремния), распирать представления об истинных причинах формирования мелких р-п переходов при имплантации ионов вг^; способствовало дальнейвему развитие применения галогенов и вх соединения в накроэлектрониов технологии.

Вше изложенные сооброкгния явились причиной проведен»« настоящей работы, цель которое заключалась: в изучении влияния имплантации р и с1 на электрофизические свойства конокристалличсского кремния, процессы активации к перераспределения легирующей примеси (конкретно-бора). Научная новизна работы:

1. Впервые экспериментально показано, что имплантация ионов галогенов {к+и сгТ в конокриствлличесниВ и последующий отаяг приводят к образованию носителей заряда (как электронов, так и дырок), тип которых зависит от дозы имплантации и температурь отжига, & концентрация соответствует нескольким процентам от объемной концентрации имплантированных элементов.

2. Обнаружено, что характер распределения носителей в кремнии,

б

имплантировано« ионапп f+ и в+, вf^ после огкмга пря Т«550-7С0°С качественно не совпадает с распределением а го поп в а определяется суперпозицией распределения актизирооаннсго бора и электрически активнее ¡?торсодергааих комплексов.

3. Кэ результатов работы следует, что в процессе перераспреяолы-няя атомов в в имплантированном ионами (и)+ и вк*' ионокристяллячгснон si, наряду с диффузией боря я поле градиента концентрации иогет ииать место дрсЗф бора н электрической поле комплексов г-рздиацноинкЛ дефект, причби дрсПфовая составляющая перераспределения могет пргэьгать диффузионную.

4. ¡Заявлена зависимости слоистого перераспределения атокоп Я) si от энергия ймпланткции к температуры во врокя поствмплаитзцяонного отггта.

Практическая ценность работы

1). Предложи низкотемпературный г,стол формирования мелких р-л переходов с рекордными параиетраки глубины залегания.

2). В больпинстве экспериментов были выбраны условия ионного облучения и отгига представляющие практический интерес с точки зрения совергенствования существуяхвЯ технология «икроэлеятронйкп.

3). Выявленное в результате работы влияние галогенов на электрофизические свойства монокристаллического крайняя и процесс перераспределения легируэдеЯ примеси раси.чряет арсенал технологических средств управления процессами изготовления никрозлектрокных структур.

Положения, виносиниг на з а ц и ? у : 1. Нкплантация ионов галогенов {р*и cit в ионокристаллическпЯ si

я последующий откнг приводят к образованию носителей ¡заряда (как электронов так в сырок) , топ которых саввсит от дозы виплантацан и температуры откига, о концентрация соответствует насколькан процентам от объемной концентрации имплантированных элементов.

2. Модельные предстввления зависнкоств слоистого перераспределения к во врамя псстанпяантацнонного отвага от параметров имплантации и температуры откагв.

3. Нодельные представления перераспределена атомов в в ионокрвсталлическои si имплантированной ионами { f+h в) * в bfj во время постинплантационного отхага.

4. Характер распределения носителей заряда d кремнии, имплантировано« ионами f+ и b+, bfJ после отгкго при Т«550-700°С не совпадает с распределением атомов в и определяется суперпозицией распределения активированного бора в электрически активных фторсодеркщих комплексов.

Апробация работы в публикации. Основные материалы диссертационной работы докладывались на Всесоюзн. п. н-т. семинаре "Низкотемпературное технологический процессы о электронике "(Ижевск, 1390); international conference on

з

Ion Implantation and Ion Beoa Equipeant (I BE) (Elenite, Bulgaria, 1990); vii Иездунородной конференции покикроэлектронккг "MicROELKCTnoNiC3'80"{f¡HHCK, 19Э0); ill Беесосзном С0веван51й "(Ьзико-хиняя взаимодействия яонного и оотонного излучения с поверхностью твердых тел"(Звенигород 1991); Iii Всесоюзной конференция «Ионно-лучевая кодификация полупроводников и другвх материалов микроэлектроники» (Новосибирск, 1991); international

Conference on flattering and Defect Engineering in Semiconductor

Techaolosy GADE3T-81 { Frankfurt (Oder), Оагвапу, 19Э1>; VIII гкожг-сепг.наре "¡^тематическое я капннное моделирование а пянровлектронике "(ИЖМ-91) (Паланга, 1991) ; intonation.»!

Conference on Ion Bonn Material» Modification, IEMM'92( Heidelberg, Oerosn^f 1982).

По тегз диссертация опубликовано и пачатних работ. Обь« я :: структура работы. Диссертационная работа состоят яэ введения, пята глав, взклэчення я списка лзтератури аэ 102 напкгногзняя. СбкнП объем рэСота составляет 132 страница, вклэчая 88 иагзиописных страниц, 42 рясупка, 2 тзблкцы. КРАТКОЕ СОДЕРЗХЛНИЕ PUXXTÍI

Do зредсш:я сбосногама актуз.тьнсст;? tc;'íj диссертационной работы, с!?орнуляровакы цель я езззчп. Изложены струптура работы и перечень вопросов, изучаеянх п различнее главах. Охарактеризованы научная новизна а практическая полезность работы, представлз;;:* основные половник, выкоенкне на защиту.

Б первой глазе на основа латерятурнше яаиних проведен анализ современного состояния изучаемых вопросов. В п. 1.2 -1.3 рассмотрены взсгстныз ка настоящий коязнт сведения об электрических свойствах сх я ? з 31. В п. 1.4 рассмотрены особенности процессов диффузия галогеноэ, йгсплактировзнних 5 si, з их взаимодействия со структурными яееектаии. Из ряда результатов по перераспределению хяшзческа активных прнмесеЗ выделены закономерности свидетельствующие о том, что процесс перераспределения химически активных принесен в значительной степени определяется их взаимодействием с радиационными дефектами. Рядом исследователей f использовался в качества

г

кернера радиационное нарушений. В п. 1. Б рассмотрены особенности диффузии в о ы, имплантированном галогенам;:: возникновение "двугорбого" профиля распределения атомов в , замедление процесса днеоуэии. Обсуадаются выдвинутые на настоящий момент гипотезы, объясняющие эти явления. I) п. 1. 6 рассмотрены особенности Формирования мелких р-г. переходов в 81 имплантацией ионов галогенидов. В главе 1 обоснованы и с&ормулировзпи основныо задами диссертационно!-: работы.

Вторая глава работы, поеввдеиная электрической активности радиационно-терш:часкнх комплексов в имплантированном галогенами монокристаллическон кремнии, прадворяется описанием методических вопросов исследования. В п. 2.1.1. изложи эксперимент, посвяцймныя исследования влиянии ионной имплантация С1+ ц последуаетго отаага на сопротивление и распределение носителей в в п- к р-81 . Нонц С1+ имплантировались с энергией 200 кэВ дозой 1хю13снв 1хЮ15скпричем последняя превжзла дозу амортизации кремния. После имплантации образцы изохронно отймгвлесь в печк в атмосфера аргона в течение 30 мннут. На определйнной зависимости слоевого сопротивления структур и распределения носителей заряда от температуры отгага следует, что во время откига имплантированный в кремнкП С1 образует как донорные так к акцепторные комплексы с дефектами, вндуиирог.анниии ионной ымплантациеВ. На то, что образование дополнительных носителей заряда обусловлено ионизацией комплексов, включавших атоны С1, указывал профиль распределения этих носителей, котори" коррелирован с распределением атомов С1: в ряде случаев носители заряда имели гауссово и близкое к нему распределение , которое

^ответствовало геуссову распределению имплантированного С1, При ¡зкенении температуры отннга происходила трансформация спектр» коричных радиационных дефектов. Их взаимодействие с атомами сх опроБогдалось изкененнен типа комплексов и-рздиационныЯ дефект, ¡оицентрация дополнительных носителей в слоях после отжига оответстоовала нескольким процентан от концентрации атомов мплантиросаиного сх.

В п. 2.1.2 методом нестационарной емкостной спектроскопии сследозалясь глубокие уровня в п-31, имплантированном сх. В онокристаллическиЯ 31 марки КЭФ-20, с ориентацией подлояки ¡100)

+ 13-9

иплантировались ионы С1 с энергией ООО кэВ и дозой 1x10 см . Отетг образцов проводился в печи в атмосфере Аг в течение ВС кнут при Т-1100°С. В контрольном образце после отккга наблсдался росень Ес*0.27эЕ В кристалле, имплантированном С1* наблздались

ровна: а).Ес-0.22 эВ, о=5х10"14си2; б).Ес"0.25 эЯ , с»1хЮ-10 и2; с).Ес*0. 44 эВ, о«4х10-1^см2. Концентрация уровней составляла

1-8)хЮ13см*3.

В л. 2.2.1. исследовалось пространственное распределение ополнительних носителей и р-э!, имплантированном ионами ¡те

15 - 9

нергиеП 300 кэа Лоза имплантации ЗхЮ см * была меньзе доэь:

корфизации 81, После отжига при Т»700°С и визе, наблэдалось

нтенсявное перераспределение атомов р. атомы р взаимодействовали

радиационными дефектами и на глубинах о.зхл . о.4бхв , о.7хн ,

р р р

хпр, 1.2 хПр образовывали комплексы к-радиационный ефект. Комплексы проявляли электрическуп активность как донорного ак и акцепторного типов. Распределение носителей н мплантированноЯ области после отита при Т»7С0-800оС

эп^делклъсь распределением этих комплексов, причем отжиг при

адО°С приводил к образованию р-п перехода в области Rp{F+). При

температурах откига Т*300°С я вше, часть атомов f ке связывалась

и комплексы, р свободно мигрировала по кристаллу. Достигала его

границы и покидала кристалл ( после отвмгь при Т«1100°С в объеме

кристалла осталось " 50% имплантированного F, который собирался в

..лластк к (.Распределение носителей после отжига при S00-1100°C

■определялось именно этой, не связанной в неподвижные комплексы,

компонентой атомов f, которая, как показал эксперимент, образует

акцепторные уровни.

Исследование зависимости природы электрически активных комплексов f-радаационный дефект в р- и n-si от дозы имплантации приведено в а 2.2.2 - з. Показано, что имплантация конов р+в кренниБ обоих типов проводимости и последующая термообработка привели к образованно электрически активных комплексов, природа и концентрация Koioptai существенным обрезом зависели от дозы имплантации е температуры отвага.

Таблица 1.

Хин я i Д038 f си * r T» IPH pac П КОНГ личные лексоЕ темпе , образувциэ ратурах otí СЯ aira °c

i 200 keV 400 500 600 650 700 eop 900 1100

р 1Х1013 D D D Но A A

р <2-8)х1013 ___ D D D D D D D

п !х1013 D D d No a a A ___

п <2-8)xl013 a a d d d A A ---

с - нонорные комплексы, а - акцепторные комплексы, No - дополнительнее носители заряда не обнаружена.

Образци 81 марки КДБ-10 облучались ионами с энергией 200 кэб лотами (1-8)хЮ1Эсм"2. ПостинплантационныЗ откиг '-•опровоя »ся изменением как концентрации носителей заряда, так и

их зарядового состояния. При составления таблицы полагалось, что уселачспЕЭ кокцентрацая основных носителей соответствовало обраосваниш дснорных центров (р) в п-31 а акцепторных (л)в р-81, а уменьсенке - соответственно, образованна комплексов, превиосякях неосновные носителя заряда. В р-з1, имплантированном

д 14 «о п

зонана р дозами (г-в^ю^са отетг при Т " 500-600 С сопровождался образованием р-п перехода. При Та~7С0°С ка кривой эавксшюстя слоевого сопротивления от теиператури отгяга имел яесто "обратная ота:г\ Оормз профилей дополнительных носителе!! заряда в большинстве случаев била подобна профиля распределения имплантированного отора, и близка к гауссову распределении.

Образцц 31 марки 5 облучались покаки с виергяел

200 кэВ дозэга Ц-8)х1013си"2. Условия эксперименте соответствовала иэлоггннь'н в а 2.2.2. Слоевое сопротивление пйплэитйроЕзтигх иоиэг.я кристаллов п-ТЙПЯ, з отллчке ст кристаллов р-тнпа, практически не менялось о процессе пострилзнтацпснного отсага а было близким к сопротивлении подложки. Откатам, что качественная картина зависякостя слоевого сопротивления от температуры стгс;га для 81 к р-твпз, нмплэктирэеанного вонани аналогична набждавсеЕся при

гмплзнтациз ионами С1+. Представленная в таблице дозовая зависимость указывает ка сходность процессов образования электрически активных фторсодерхацах комплексов в кристаллах обоих типов проводимости. Зафиксировано, что концентрация дополнительных носителей з кристаллах после отгага не превышала нескольких процентов от объённой концентрации а потому обусловлена либо частичной ионизацией центров при температуре проводиввяхся измерения (Т~300К), либо кониззцкеа только определенной ах частя, являсщекся электрически активной. Наб.таяавзкеся с изкененкем теиператури отяззга и дозы облучения изменения концентрации основных носителей обусловлены тем, что возникаиаие в результате облучения радиационные дефекты при отжиге могут существенным образом перзстрэЕваться, трансформироваться, и по-разному взаикодейстсовагь с атакам р, образуя разнообразные электрически активные комплексы.

В главе их рассмотрен вопрос перераспределения атояоз р в 31 во вреня постияплантацяонного отвкга и его зеаикоаеНствил с

раягэцаоннивв десектанз. Ноны р* имплантировались с внертвеЕ 300

1 Е -9

кбВ п дозоЕ 3x10 си . Посткмплантационный откнг проводился в дзаппзопе тенператур 500-1100°С, Профили ¡у-спределенвя к определялась методом ВйИС. На поперечном срезе в просвечиваввен влектромноа нвкроскопе определялось пространстванное распределзние структурных дефектов. Посла откага при Т«500°-600°С профиле распределения г соответствовали тому, который наблздался 1юслз имплантация. Отдаг при Т»700°С и вшга сопровождался интенсивным перераспределением атомов р. Наряду с поверхностью, которая являлась стоком для отокоп г, интенсивность которого увеличивалась с увеличением Т. наблюдалось еце пять областей, в которых происходило накопление атомов к. Их пространственное положенве соответствовало глубинам 0.14^0.3|дц0.48ца,0.68й» и 0. 84№ , что соответствовало *0.2хвр,о.45хНр,о.7хкр,1.хвр,1.2хвр, в предположенвп что Р, декораруввдИ рааупоряяоченнаа области, имеет в атих областях нормальнее гауссово распределена:;;, было подсчитано интегральное содержание г в каадон аэ областей после отиига. Из зависимости концентрации ? в дефектных областях от тёипературы отетга и распределения структурных дефектов, сделано предполоеэние о различной прпроде вторичных радиационных дефектов в них содераацихся ( подобное разделение областей по типу дефектов довольно условно о его иокно рассматривать не как результат работы, а как прадположенке вытекавдее из результата): в областях 0.2хКр, 1.хлри 1. 2хкрпревалируот дефекты меядоуоельного типа, в в областях 0. 7хврв 0. 45хяр-вакансионного.

Экспериментальное исследование зависимости процесса перераспределения атомов к в 31 от анергия имплантации ионов к+првведено в а 3.2. Имплантировались ионы г*, дозой 2хЮ16 си"2 в внергияня 20,30,80 каВ . При атом 11рионов составляла соответственно: 0.041, 0.063 в 0.131 икм . Евявлена закономерность перераспределения атомов к по объему кристалла:

1). Процесс, перераспределения атомов Р во время

поствмплантационного откпга сопровождается образованием от двух

(прв низких анергиях имплантации ионов р , к < вокэВ ) до пяти

]ря высоких анергиях ииплантацпа ионов к, е » зоокоВ) максимумов 1спределания концентрации атомов р.

Один аз двух наибольвах по амплитуде максимумов распределения гоков 1 находится на глубине, соответствуяцеа о.7хКр{Р+). горой- глубве. С увеличением энергии нкплантвция ионов к от ), 30,60 до 300 каВ глубина местоположения второго максвмуиа гносятельно вр<?+) соответственно уменьипется: 1 .вхнр{р'1'}, .4хйр{Р+), 1ЛхЯр{Р+). 1.0хВр{Р+).

I. Относительная мнтенсявность стоков зависит от темперзтуры гняга.

I. Во время отжига наряду с выпеперечислзнными областями зверхность выступает в качестве стока для атомов г. Чем меньзе ^ергпя имплантации р^при одной и тоЯ яе дозе, тем менызее элпчество Р остается в кристалле после отгяга.

Делается вывод, что слоистое распределение атомов р в кплантированноп областв определяется слоистым распределением здиационных дефектов. Пра низких энергиях имплантации называется близость поверхности кристалла, и этот фактор пределявздм образом оказывает влияние на пространственное эспределение вторичных радиационных дефектов и их природу.

В г л а а е XV представлены результаты исследования лаяния р на диффузию атомов в в нонноинплантирсванных слоях 81. . 4.1. посвяибн экспериментальному разделение факторов, влиявщнх в процесс диффузии в в 31, имплантированном галогенами: наличия адвационных дефектов п химической активности имплантированной раме с и. Часть пластин Э1 иплантировалась ионами , другая ионами м«+ с анергией Е«7окэЕ Лозы имплзнтации составляли :

I. 2х1013 сн"2 ( о два раза Солъво, чаи доза последующи

скгцантвциа веков в*) в 1.6x10*® см"2( сравнимая с доаоВ

еиорфазацва В1 в кного преысаваая догу последующей кмплантвцва

з+). шсси а 80Ко отдзчаэтсв на 6%. ОрбЕтальнш радвусы * на

102. Поогону восяз а г. кмшиитацсй с 81 с одинаковой внгртиаН а

дозой паяно огадать одинакового рзспределзния радкацпонних

дефектов, пракесай в капрсханпЗ в кристалла - образцы отличались

только япиичаскоЗ активностью акплантсрованноН пригаси. Затем

вмшкнтярозаяксь вони в* дезой 6x1012 си*2 и внергпей Е«40кзЕ

Каи похвал йксгарякант, профялп распределения етоков в в

образцах, предварительно пмплаптировэиних как ионами н«*так 8

Еокакз р? соэгйлз. Посгз отюте пря Т»300°С укэ столь калая

объёмная 'концентрация. прэдваратально имплантированных олементов 17 -Я

как "10 сн , правгла в еэмгтному раэлкчЕЗ в распределении ьтсмв в в образцах, имплантированных вонакя р+и и«+, а болге

оп - о

высокая концентроцзя "Ю си к существенному отличи». Присутствие атомов г в кристалла замедляло процесс пзрзраспределгния стонов а Полученные результаты указывают на то, что 0ТЛЯЧ2Я в распределениях атснои в в кристаллах, предварительно сблучйнных ж* а ы«* существенным образом обусловлены налзчаеи атомов г в имплантированной области. Э^ект влияния г на перераспределение атомов в зависит от дозы Екплантацым ионов и как следствие, от концентрации к в кристалле : с уБзличенЕек дозы г+вто влляиие значительно усиливается. Этот вывод подтверздается такте результатами, получашшиз ка образцах, отонгйных при 1000°С : резкое уменьпенве концентраций втотао ? в процессе отхззга правело к отсутствию

1Е

азличия в распределении атомов в в кристаллах , предварительно

мпланткрсванньи р и кв. Эксперимент подобный вышеописанному бал

акгг поставлен с имплантацией ионов 40лг+и в+. Были

олучены идентичные результата

Исследованию зависимости распределения атомоь р от

естополояения предварительно имплантированного к посыпаем

+ 1 6 У

.4.2. Кристаллы имплантировались ионами ? , дозой гг.1С см ' различными энергиями: 20,30,60 кэВ . Затем имшинтировались

+ 13-9

омы в дозой 3.12x10 см и энергией 20 кэВ . Таким образом, арьировалось соотношение энергии имплантации ионов энергии онов к+: |, |, | . Отжиг проводился в два этапа 600°,) час н; Э0°С, 15 иин. Из эксперимента следует, что профиль распределений томов в в Э1, последовательно имплантированном конами к+и в,1 ависит от энергий имплантация ионоэ р при постоянстве всех аиых эрэкетров процесса. Наиболее эффективно подавление какалировэния энов в происходило после предварительной имплантации ионов р+р оргией имплантации, при которой яр{к4}« 2хпр{в+).

Атомы г во время отгага декорировала дефектные области зисталла и образовывали с ними радиационно-теомичсскик' эмплексы. На проф.чле распределения атомов ? наблюдалось »сколько максимумов, соответствовавпих местоположении горсодергацих комплексов: при низких энергиях -2, при ОС кэВ -3. Распределение атомов в коррелировало с распределением атомов Области, в которых накапливался я, выступали в качестве ■ттеров для атомов а Расположенные блигя к поверхности области юсобствовали замедлению процесса перераспределения атомов э в |убь кристалла. И наоборот, находивяиеся в глубине

Оторсодержаада комплексы способствовали ускорению процесса перераспределения в * в 2 раза.

Подвергалось проверкепредположение, что процесс перераспределения стоков в о имплантированной области мохет определяться ке только диффузией в в поле градиента концентрации, но п дрейфом в электрическом поле комплексов г- радиационная дефект. В п. 4. ЗЛ были проведены ориетюровочные расчеты напрязйнности встроенного электрического поля . При подставлении данных ыу{х) и мв(х)(концентрации атомов р и в) нз окспериманта, описанного в а 4.2. в выражение

и ,емР , акв .

В - <_8Г ±

получается, что 1-усреднбнное значение напрявСнности встроенного

с

электрического поля коянт достигать величины 10 В/см, и дрейфовая составлявшая потока атомов в многократно превысать диффузионную. 3 а 4.0.2 описан компьютерный эксперимент, в котором с использование модифицированной прог рамка моделирования ©нзвческих процессов кикроэлектронной технологии «БириЕн-и» моделировался процесс перераспределения атомов в во время постимплантационного откнга (роо°с, 15 минут) в 31, вишантированнок конами р+ (20 кэВ, 2хю16 см"2) и в*(20 кэВ, з. 12хЮ16сн"2) с учетом влияния встроенного электрического поля, обусловленного комплексами р-радивцаонныв дефект. Предполагалось, что а)атоки V перераспределяются за времена иного кеньпие чем аремя перераспределения атомов в, б) распределение нрЫ соответствовало распределение электрически-активных комплексов р-радиационный дефект; в) электрически- активные комплексы

г- радиационный дефект нарккены погопятельно. Распределение ) задавалось из результатов измерения конечного профзля р .

Полученные методой ВИИС профиля распределзная атовпв в после оияга Хороге согласуются с результатами кокпьотерного моделирования. Этот факт свидетельствует в пользу тего, что процесс перераспределения атомов в в имплантированной области определяется не только ди?®узкэЯ в э лог* градгзнта концентрации, но и дрейфом в электрическом поле комплексов к- радиационный десект.

В главе V исследовался процесс ачтгтзцзн итогов в в кмплантирозанноп кокгки в^ я »в*. На практике

кнплантация конов накболге часто реализуется в совокупности с икплэнтаниеЯ имоп В+ (ото ,"о>-з? быть лпСо пос.пгдосзтельнзг. имплантация ,чо;;сп в+, либо ииплзнтацпя молекулярных гонов г-г*) для лоря-чгадэаняя р-п переходов . Нзлогянниз о предкяуцях глзозх 11 - IV результату исследования свсЯстп Б1, имплантированного нонами г позволили предположить, что наличке зтоиоэ ? окэзыЕзет влияние на процесс формирования' и сэоВства р-п перехода. Кремнсевне пластика с ориентацией поверхноста (100) п-типа провод»1ссти с сопротивлением 4,5 Ом х сн

4- 15

последовательно имплантировались ионами ? (Е=60 пяВ, т>*2х!0 си"2) и р+(Е=го кг В, в=з,12хЮ15 см"2). ПоствмплчнтационныЧ отг^г провсди/.ся при различных температурах с интервалом о 50°С п атмосфере сухого аргона а течений 30 минут. Глубина перехода эпределялась измерением фото-Э«С на пар-галифе, а ¡значение глоевого сопротивления определялось из измерении четырйхзондовкн четодон. Методом РИМС определялось распределение атомов вир, а

взкеренсеп сопротивления расте!шння- носителей заряда.

Иэкерснсй указагаа? на то, что посла отеига при температурах Б50-700°С распределение носителей заряда определялось рзспредеяеняен отоиоа имплантированного в только в узкой прапосерхностцоВ области . Откатим, что распределение носителей заряда, а также кастополоканве областей с ввсоккм сопротивлением коррелировало с пестопояоЕгнсеи слоев с высокий содержанием атокоЕ г. Эта взаимосвязь прослекавается в d образцах после отгагЕ пра температурах в интервале 800-В00°с. Он склэчает в себя темпоратураыЗ интервал 600-700 °С, в котором, как следует из результатов гл.2., якает место образование электрически-активных комплексов Р-рзд::оцвош;к2 дефект доноркого типа как в п- , ';ак и в р-31 (ск.таблацу 1). После отшгв при 800°С г.аблвдалось обргаоБа.чке области с высоким сопротивлением. Этот ез еффект при этой «ш тенпгратуре набяндалсп после пиплантоцг.п воноо р+в p-si в он описан в а 2.2.1 настоящей работы .

tee сквзаниое на оставляет сомнений в том, что на процесс актвв&ЦЕН агокоа в в имплантированных слоях существенное влияние оказывает наличке атомов г . Образувцнеся в процессе постнкплаитацвонного отизга фторсодер^ааие электрически активна кокплекси пркзодг.т к язкэкбкей пространственного распрзделонва носвтелоС заряда, и как слздствае, к укеньвеиив глубины салагани) р-n перехода.

В п. S. 2. приведен ее;£ один довод в пользу предпочтена: имплантации ненов в?* имплантации ионоз в+для формирования мелки: переходов.

С середины 70*х внплантацип ионов B?t кироко применяется

технологии иякрсэлзктронвкв для форкярованвя келкяя р+-п переходов о 31 К факторам, объясняйся этот пабоу. в) укгкьвапзя йпэргпи, приходяцеася ка коитонзнт колзкулзркого кона -в, пря неизменной энергия ускоряемого зона (как гтравало, паникальноЗ для данной установка);

б) подавления процесса наИаларованяя з ссггдстпяз богыгзго количество радиационных наругенвЯ;

в) укеньеенкэ температуры стгзга (за счЗт налзнкя агмр$ноЯ фаза, процесс актнвацая пригаси одет пря более нвзкзх текгзрэтурэх) присовокупим еще дса. Первый следует аз ензодоп гл. 4:

1) В 31, аиплантпрованком ? в з, процесс гграрзспредэлэная атомов з во время от:гкга когзт о значительной мзрэ определиться

э элентрзчесиои полз коиплгнсоз р-радЕацвонньй дефект.

2) Глубина р-п перехода определяется на только пространственна распределением атскса в, но а влектрпчгскоЗ прпродоЗ Оторсояериззвх комплексов, образувзяхся пра отгаге.

Это предположение следует вз результатов п. 5.1, в подвераявниа следует яз следующего вкспераиента.

Кремний п-типз проЕодямостя имплантировался пенаил в?^ с

1С - о

знергкей 330 кэВ дозоП 8,24x10 си . Псстпиплзнтопаоникй отгзг длзтельностьв 30 минут проводился при разлзчкнх температурах з атмосс^ре аргона .

Как и в случае последовательной йкплантацяя еоиоэ к и з наблвдалась немонотонная зависимость глубкнк перехода от температуры отжга. Характер распределения носителей заряда не гостветствовал распределения атоков а В ряде случаев набладалось распределение носителей с несколькими максимумами концентрации.

Таким образом, рассукденвя, приведенные в п. 5.1 оказалась спрювсдлявигш и для данного вксперинента.

Б п. 5.3 приведена результаты изготовления тестовых р-п переходов с • использованием рекякоэ имплантации конов р+и в+, описан»:« в п. 5.1, е последующего низкотемпературного откнгв. Измерение токоз утечка р-п переходов после огхлга при Т<6Е0°С показало, что тх величина <о.1 ккА при 5В не лрепымет пзкервннув на р-п переходах, оголенных прп Т*900°С. А прсбоКное напрлггнии 16,5 В {¡а кзиьсе чей тс, что нсблэдалось после высокотемпературного отгаге. Получанные в промиалонных условиях результаты указызавт на возмошость усовершенствования традиционной технологии дориярованяя мелких переходов посредством сниханпя температуры поствиплантационного откнга.

ВЫВОДЫ:

1. Имплантоцпя покоз галогенов (р+и С1| в ионокрястеллическнй 51 с последующая отзаг пркводлт к образованна носителей зарвда (электронов и дирок), тип которых сависст от дозы имплантации и тенпэратуры отгзга, в концентрация соответствует нескольким процентам от объемной концентрации имплантированных элементов.

2. Процесс слоастсго перераспределения ? во время постпмплантационного отвага определяется взаимодействием фтора с радиационными дефектама. Выявлена закономерность итого слоистогс перераспределения.

3. Процесс перераспределения атомов в в имплантированном ионам! (р+и в)т и вг* монокристаллическои 81 определяется не тольш диффузией в в поле градиента концентрации, но к дрейфом ]

электрическом поле комплексов т- радиацяоипьЯ дефект. причем дрейфовая составлявшая перераспределения mosst превышать ЯКФОузисниуо.

4. Характер распределения носителей з кремней, анплантярооа.чск нонамн р* и в+, BF* после отяпга при Т»550-700°С не соответствует распределению атомов в и определяется суперпоззцпеП распределения активированного бора в электрически активна фторсодеряацих комплексов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следугзях ребота*: 1. Крзснобаез Л. Я , Омельяновская [I М., И. И. Алексеанкопв "Влияние низкотемпературного отгяга im электрофизические сеоВствз кремния имплантированного хлором" в С5.тезисов Всесоюзн. п. н-т. семинара "Иизкотекперзтуртге технологические процессы в электронике". Ижвск. 1990. С. 55.

1. Onel'yanovakaya n.m., Kraenobaav l.y«. "SlectropbjrelcaJ properties of halogen-laplanted Si". Abstracts of International

3

Conference on Ion Iaplantation and Ion Веяв Equir=3nt (I BE). Elenite. Bulgaria. 1990. P.96.

3. Краснобаев Л Я , Макаров а Е , Саяпян И. Б. "Влияние химической активности галогенов на перераспределение бора прл нх последовательной имплантации". Материалы vii ПекдунзродноЯ конференции мо микроэлектронике "microelectronics'90". 1990. Яимск. С. 63.

4. Омельяновская Н. ¡1, Краснобаев Л. Я. "Влияние постимплаНтационного отяяга на электрические свойства кремния, легированного различными дозами фтора". Материалы ш Всесоюзной

конференции «Ионно-лучевая кодификация полупроводников и друг материалов микроэлектроники». Новосибирск. 1991г. С. 60.

б. Krasnobaev L.Yeu, Oaolyonovakaya U.K. "Electrical activity halogen-silicon complexes". Solid State Phenomena. V.19&20. 199 P.417.

6. Макаров а В, Саялни И. R, Краснобаев ЛЯ, Малин А. А. "Взаимодействие имплантированного в крекниВ фтора радиационными дефектами". Материалы ш Всесоюзной конференц «Ионно-лучевая модификация полупроводников и других материа; микроэлектроники». Новосибирск. 1991. С. 19.

7. Xrasnobaov L.Ya., Mallnln А.A., Makarov V.V., Sayapin I. "Interaction of iaplanted into silicon fluorine with radlatJ defects". Solid State Phenoaena . V.19420. 1991. P.411.

а. Окельяновская H. tt, Краснобаев ЛЯ. "Образова! электрически-активных комплексов в кремнии, имплантирован! галогенами". Материалы ш Всесоюзной конференции «Ионно-луче! модификация полупроводников и других материа. микроэлектроники». Новосибирск. 1931. С. 81.

9. Вылеталина (X И., Дракин К. А., Краснобаев Aft, СараПкин К "Влияние фтора, имплантированного в кремний, на перераспределе! бора". Материалы ш Всесоюзной конференции «Ионно-луче модификация полупроводников и других материа микроэлектроники». Новосибирск. 1991. С. 62.

10. Krasnobaev L.Ya, Belova I.И., Brakin К.A., Fedorov V. Makarov V.V. .Oiaelyanovokaya N.M., Vyletalina O.I. "Influense fluorine on shallow pn junction forsation in Si, inplanted w BF1 and F++B+ ions". Programm and Abstracts of IBMM'

Haldelberg. aerean'. 1903. P.1S6.

il. Ояельяновская H. Ii, Крзснобаеа Я. Я." Вязание текпэратурт откпга йкоязнтЕрсзанного хлороя арэгмвз кз. обрзсскгнЕэ алеитрячесня-антЕвтгх комплексов." §ТП. 1992. Т.20. üö. С. 1110.