автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Взаимодействие точечных и протяженных дефектов в кремнии при низкотемпературных обработках

На правах рукописи

ФЕКЛИСОВА Ольга Владимировна

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТОЧЕЧНЫХ И ПРОТЯЖЕННЫХ ДЕФЕКТОВ В КРЕМНИИ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ОБРАБОТКАХ

Специальность 05.27.01-твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 1998

Работа выполнена в Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН

Научные руководители:

доктор физико-математических наук Е.Б. Якимов кандидат физико-математических наук H.A. Ярыкин

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.В. Кведер кандидат физико-математических наук В.Г. Еременко

Ведущая организация:

Московский Государственный институт стали и сплавов

Защита состоится " М{-¿¿1- 1998 г. в /ч. на заседании диссертационного совета К.003.90.01 при Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН по адресу: 142432, Московская обл., П.Черноголовка, ИПТМ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН.

Автореферат разослан "Xf" „¿CtfJL- 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К.003.90.01,

кандидат химических наук Н.В. Личкова

о Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы.

Стремительное развитие микроэлектроники диктует непрерывное повышение требований к ее элементной базе, в частности, к параметрам исходных материалов и совершенствованию используемых технологических операций. Это, в свою очередь, стимулирует исследования в области физики и материаловедения полупроводников, физики дефектов, характеризации технологических процессов. И хотя спектр материалов для микроэлектроники довольно широк, однако в основе современного производства лежат кремниевые технологии. Этим и объясняется неугасающий интерес к более глубокому исследованию этого материала. В связи с одновременным повышением требований к качеству исходного материала, уменьшению содержания в нем дефектов и использованием достаточно больших доз облучения в современных ионно- и электронно-лучевых технологиях и диагностике, которые могут стать источником возникновения дефектов и примесей, все большее значение приобретают исследования поведения малых концентраций дефектов кристаллической структуры, их взаимодействия и эволюции в процессе различных обработок, поскольку хорошо известно, что электрические свойства полупроводниковых кристаллов очень чувствительны к наличию в них даже небольших количеств дефектов и примесей.

Большинство дефектов, оказывающих влияние на электрические свойства кристаллов, образуются из простейших точечных дефектов, а именно - собственных точечных дефектов кристаллической структуры (вакансий и междоузлий) и/или изолированных атомов примеси. Очевидно, что изучение реакций, протекающих между этими

простейшими дефектами, является основой для исследования характеристик более сложных комплексов и дефектов, определяющих электрические свойства полупроводника.

Процессы, происходящие при достаточно высоких температурах в условиях, близких к равновесным, изучены довольно хорошо (геттерирование, высокотемпературная диффузия, термическое окисление) и общие закономерности происходящих при этом реакций хорошо известны. Миниатюризация полупроводниковых приборов с необходимостью приводит к понижению температуры технологических процессов, что, в свою очередь, существенным образом изменяет условия протекания реакций. И хотя изучение общих закономерностей взаимодействия дефектов в таких условиях не остались вне интереса исследователей, однако, в настоящий момент еще рано говорить о полном решении данной проблемы. Например, процессы диффузии даже для наиболее изученных дефектов, таких как вакансии, междоузлия, водород, при низких температурах и в неравновесных условиях исследованы крайне недостаточно.

Из всего многообразия дефектов кристаллической структуры особое внимание уделяется тем, которые вносят глубокие уровни в запрещенную зону полупроводника, так как даже относительно небольшие концентрации таких центров с ГУ могут оказывать существенное влияние на свойства полупроводника. В отличие от центров с мелкими уровнями, теоретическое описание глубоких уровней сталкивается со значительными трудностями. А изучение процессов их формирования и перераспределения, а также эволюции в результате взаимодействия друг с другом может дать ценную информацию об их структуре и природе.

Вышеизложенное и определяет актуальность исследования взаимодействия дефектов, вносящих центры с ГУ в запрещенную зону полупроводника.

Цель работы

Основной задачей диссертационной работы было изучение закономерностей взаимодействия, перераспределения и трансформации примесей, точечных и линейных дефектов в кремнии при низкотемпературных обработках, в число которых входили жидкостное химическое травление, облучение электронами и ионами, пластическая деформация. Для решения этой задачи было необходимо провести:

• Исследование особенностей взаимодействия атомарного водорода, введенного из различных источников при низких температурах, с дефектами кристаллической структуры и примесями, вносящими центры с ГУ в запрещенную зону кремния.

• Исследование влияния облучения электронами с подпороговыми энергиями на свойства приповерхностных слоев кремния. Исследование характеристик вносимых дефектов для определения их природы. Изучение механизмов дефектообразования.

• Исследование изменений свойств приповерхностных слоев кремния в условиях генерации собственных точечных дефектов при реактивно-ионном травлении. Использование указанной обработки для изучения взаимодействия при низких температурах собственных точечных дефектов с примесями и дефектами, содержащимися в кристалле.

• Исследование закономерностей образования энергетического спектра кристаллов кремния с дислокациями от условий деформации и примесного состава кристалла. Исследование свойств "чистых" дислокаций. Определение пространственного распределения "дислокационных" центров на основе изучения кинетики их заполнения носителями заряда.

Научная новизна

Научная новизна данной работы состоит в следующем:

Впервые показано, что пассивация атомарным водородом дефектов вакансионной природы и примеси золота протекает через ряд последовательных стадий, которые сопровождаются последовательным присоединением водорода к этим дефектам и образованием целого ряда водородосодержащих комплексов, некоторые из которых обладают собственной электрической активностью. Полученные данные показывают, что процесс пассивации центров с ГУ может носить весьма сложный характер.

Показано, что при воздействии низкоэнергетичных электронных пучков происходят изменения свойств приповерхностных слоев кремния, обусловленные генерацией собственных точечных дефектов и сопровождающиеся образованием стабильных дефектов вакансионной природы. Наряду с процессами дефектообразования наблюдалось радиационно-стимулированное проникновение водорода на глубину, превышающую область проникновения электронного пучка, сопровождающееся взаимодействием с дефектами и примесями с образованием электрически активных водородосодержащих комплексов.

Показано, что при низкотемпературном реактивно-ионном травлении генерация вакансий и междоузлий приводит к формированию ряда дефектов в приповерхностных слоях кристалла, распределение которых определяется диффузией вакансий. Генерация собственных точечных дефектов при РИТ приводит к перераспределению золота в результате его взаимодействия с вакансиями, тогда как перестройка "дислокационных" центров обусловлена, по всей видимости, их взаимодействием с междоузлиями.

Показано, что электрическая активность коротких дислокационных петель очень низка или отсутствует совсем, а ее рост в процессе увеличения пробега дислокаций в значительной мере определяется примесным составом кристалла. Из анализа кинетики заполнения

показано, что дислокационные уровни являются специфическими комплексами точечных дефектов, формирующихся в процессе деформации и последующего отжига и расположены на расстояниях в несколько микрометров от дислокации. Предлагается способ восстановления их пространственного распределения.

Практическая значимость

Практическая значимость работы состоит в следующем:

- полученные результаты позволяют оптимизировать параметры электронного облучения для устранения нежелательных изменений свойств приповерхностных слоев кристалла.

- перераспределение примеси золота при воздействии электронных пучков может быть использовано как способ низкотемпературного геттерирования рекомбинационно активных дефектов.

- исследования процессов образования, взаимодействия и трансформации дефектов кристаллической структуры при воздействии электронных и ионных пучков позволяют оптимизировать условия РИТ с целью управления электрическими свойствами полупроводника.

- показано, что эффект дальнодействия при РИТ можно использовать для подавления нежелательной электрической активности дислокаций.

- продемонстрирована пассивация электрической активности радиационных дефектов и золота посредством радиационно-стимулированной диффузии водорода.

Основные положения, выносимые на защиту

• взаимодействие водорода с дефектами вакансионной природы и

>

примесью золота проходит через промежуточные стадии последовательного присоединения атомов водорода к дефекту, при этом некоторые из образующихся водородосодержащих комплексов обладают собственной электрической активностью.

• анализ профилей пространственного распределения водородосодержащих комплексов позволяет определять число атомов водорода, входящих в их состав и параметры реакции водорода с соответствующими дефектами.

• облучение низкоэнергетичными электронами стимулирует образование вакансионных комплексов в приповерхностных слоях, а также проникновение водорода в кристалл, сопровождающееся его взаимодействием с примесями и радиационными дефектами.

• поток собственных точечных дефектов при РИТ стимулирует перераспределение примесей и дефектов в приповерхностной области и образование новых дефектов вакансионной природы.

• оптическое возбуждение подавляет образование вакансионных комплексов при облучении электронами с высокой энергией и стимулирует проникновение водорода за счет избыточного присутствия неравновесных носителей заряда.

• большинство электрически активных центров с ГУ в пластически деформированных кристаллах кремния связаны не с собственно дислокациями, а с комплексами точечных дефектов, расположенных в дислокационной атмосфере.

• способ определения пространственного распределения электрически активных центров в пластически деформированных кристаллах кремния.

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены на следующих

конференциях:

1. Всесоюзная конференция "Физические методы исследования поверхности и диагностика материалов и элементов вычислительной техники", Кишинев, 1986

2. Международная конференция "Свойства и структура дислокаций в полупроводниках", Москва, 1986

3. VIII International School on Defects in Crystals, Szcryrk, Poland, 1988

4. 15th International Conference on Defects in Semiconductors, Budapest, Hungary, 1988

5. VI International School on Physical Problems in Microelectronics. Varna. Bulgaria. May 1989

6. Всесоюзный постоянный научно-технический семинар "Низкотемпературные технологические процессы в электронике", Ижевск, 1990

7. Российская конференция "Микроэлектроника-94", Звенигород, 1994

8. 18th International Conference on Defects in Semiconductors, Sendai, Japan, 1995

9. VII International Conference on Shallow-Level Centers in Semiconductors Amsterdam, The Netherlands, 17-19 July 1996.

10. International Workshop BIADS ' 96, Spain, 1996

1 l.X Российсий симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел. Черноголовка. Июнь 1997.

12.19th International Conference "Defects in Semiconductors", Aveiro, Portugal, 1997.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы наименований). Объем диссертации составляет страниц,

в том числе 40 рисунков и 4 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулирована цель, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен краткий литературный обзор работ по исследованию изменений свойств полупроводниковых кристаллов в результате воздействия водорода, поскольку его присутствие в качестве неконтролируемой примеси при различных технологических операциях может существенным образом сказаться на электрических свойствах полупроводника. Обладая высоким коэффициентом диффузии, эта примесь легко проникает в кристалл и активно взаимодействует с мелкими примесями, в частности, с бором, пассивируя электрическую активность последнего, а также с дефектами, вносящими ГУ в запрещенную зону полупроводника. Так, пассивация атомарным водородом наблюдалась для примесей переходных металлов, дефектов, вводимых в процессах электронного и у-облучения, ионной имплантации, лазерного отжига, термодоноров, дислокаций. Водород в может присутствовать также в молекулярной форме и в виде включений в приповерхностном слое кристалла. И, если взаимодействие водорода с бором имеет электростатическую природу, то в кристаллах п-типа взаимодействие водорода с мелкой примесью (фосфором, например) носит более сложный характер. Что же касается центров с ГУ, то, несмотря на обилие экспериментальных данных, механизмы их пассивации не вполне ясны из-за сложной микроструктуры самих центров с ГУ в полупроводниках.

В многочисленных оценках коэффициента диффузии водорода в кремнии при низких температурах наблюдается достаточно большой разброс, который определяется рядом факторов, как то: типом проводимости материала, его сопротивлением, наличием центров захвата, содержанием водорода на поверхности или методом его введения, а также формой и зарядовым состоянием водорода.

То, что проникновение водорода в кристалл может сопровождаться образованием электрически активных комплексов, было отмечено в экспериментах по имплантации протонов. Помимо этого, в ряде работ по пассивации примесей переходных металлов (Pt,Ag,Au), проводившихся параллельно с нашими исследованиями, также отмечалось появление центров с ГУ, однако, интерпретация та природы не всегда однозначна.

Исследование процессов дефектообразования и трансформации свойств кристаллической структуры при воздействии облучения частицами с невысокими энергиями является довольно сложной задачей, которой уделяется пристальное внимание. Кристалл, подвергающийся облучению, коренным образом меняет свои фундаментальные свойства, в нем возникают пары Френкеля, генерируются и рекомбинируют электронно-дырочные пары, развиваются каскады и цепочки замещений. В целом такой кристалл обладает необычным спектром атомных и электронных возбуждений с аномально повышенной плотностью их в области высокой энергии, в результате чего кинетические процессы приобретают нетепловой характер. При этом, в условиях повышенной концентрации неравновесных носителей высока вероятность изменения зарядового состояния уже существующих дефектов, что в свою очередь влияет на процессы миграции этих дефектов и дальнейшего комплексо-образования. Так, в исследованиях низкотемпературной миграции примеси бора по междоузельному механизму, а также диффузии фосфора отмечалось существенное понижение барьера для протекания этих процессов при облучении электронами. Перезарядка примесных центров при облучении приводит к радиационно-стимулированной диффузии заряженных точечных дефектов и образованию нейтральных комплексов. Однако, для протекания этих процессов необходимы довольно значительные энергии частиц. Что же касается генерации стабильных радиационных комплексов при облучении электронами, то, по данным ЭПР, пороговое значение для их образования составило 215 КеУ. Исследования процессов дефектообразования при воздействии электронных и ионных пучков с

существенно меньшими энергиями, но достаточно высокими дозами с помощью высокочувствительных методов могут значительно расширить представления как о подпороговых механизмах образования дефектов, так и о специфической структуре самих дефектов.

Большое внимание было уделено анализу свойств таких специфических дефектов, как дислокации, поскольку эти дефекты кристаллической структуры возникают в процессе механической обработки монокристаллических кремниевых пластин, на стадиях высокотемпературных обработок как ограничивающие окислительные дефекты упаковки, а также как дефекты несоответствия при производстве структур 81/810е. При разработке процессов внутреннего геттерирования обнаружена возможность использования дислокаций в качестве эффективных геттеров для переходных металлов. Присутствие дислокаций в кристалле может существенным образом изменять концентрацию и подвижность основных, время жизни неосновных носителей заряда. Природа электрической активности дислокаций является предметом дискуссий до настоящего времени. В ряде последних исследований было показано, что электрическая активность "чистых", специально не загрязненных дислокаций отсутствует (в данном случае речь шла о частичных дислокациях, ограничивающих окислительные дефекты упаковки). Кроме того, была выявлена низкая электрическая активность дислокаций после кратковременной пластической деформации, которая связана с тем, что дислокации, введенные в таких условиях, являются менее "загрязненными", так как не успевают собрать примеси в процессе своего движения по кристаллу. Таким образом, открывается новая возможность контролировать формирование около дислокаций атмосфер точечных дефектов и изучать свойства чистых дислокаций.

Во второй главе описаны основные принципы экспериментальных методов исследования центров с ГУ, основанных на измерении электрической емкости, так как они относятся к числу наиболее чувствительных и широко используются в современной физике и

материаловедении. Исследования емкости полупроводниковых структур позволяют получить информацию об электрических свойствах различных слоев, а также о природе и характеристиках электрически активных дефектов. Описаны физические процессы, лежащие в основе метода DLTS, как и других термоактивационных методов, которые связаны с захватом носителей заряда на центры с глубокими уровнями и термоэмиссией с этих центров.

Приводится описание основных характеристик использованных в работе кристаллов кремния, а именно: метод их выращивания, степень легирования, содержание дополнительных примесей (Au) и дефектов (радиационных и дислокаций).

Приведены техническое описание , условия и режимы обработок образцов кремния при реактивно-ионном травлении на установке индивидуальной обработки Alkatel SCM-440G диодного типа.

При исследовании процессов пассивации введение водорода в кристалл осуществлялось несколькими способами: при жидкостном химическом травлении в растворе плавиковой и азотной кислот (HF:HN03, 1:7 ) при комнатной температуре, либо в 2-20% водном растворе КОН при температурах 55-75° С; в водородной плазме в режиме электронного циклотронного резонанса или в области послесвечения водородной плазмы.

Дано описание установок для пластической деформации кристаллов, а также указаны режимы деформации, которые использовались для получения образцов с заданной дислокационной структурой.

В третьей главе приводятся результаты исследований процессов дефектообразования в кристаллах кремния на промежуточных стадиях полной электрической пассивации радиационных дефектов и примеси золота.

Обнаружено, что при комнатной температуре жидкостное химическое травление вызывает существенную трансформацию исходного спектра радиационных дефектов, введенных облучением высокоэнергетичными электронами. Так, концентрация электрически активных комплексов вакансия-кислород, известных как А-центры, а также K-центров и дивакансий (V-V0/+) падает у поверхности

кристалла, в то же время в этой же области наблюдается образование ряда новых электрически активных комплексов с уровнями Е(0.32 еУ), Е(0.36 еУ), Н(0.16 еУ), Н(0.27 еУ). Было показано, что центры Е(0.32) образуются из комплекса вакансия-кислород вследствие проникновения атомов водорода и их взаимодействия с А-центрами. Профиль распределения введенных дефектов хорошо описывался экспоненциальной функцией с характеристической длиной, зависящей от концентрации А-центров. Полагая, что атомы водорода, введенные в процессе ЖХТ, подвижны пока не захвачены каким-либо дефектом кристаллической решетки, профиль концентрации подвижных атомов водорода, [Н1(х,1), где л: - расстояние от поверхности кристалла, можно описать уравнением:

с1[Щ = вй2[Н} | ус1[Щ [Я]^ Л йх2 (1х Т

квазистационарное решение которого имеет вид:

1 1

[Н] = Н0 ехр(-х/Ь), где - = - -

Ь \ Вт

' у \2

V +-

2£>

\2Эу

С другой стороны, используя для описания процесса образования комплекса водород-радиационный дефект уравнение с движущейся границей:

й^М = + - НЛ-гХА - Я,])[Я]

ш ах

было получено его квазистационарное решение:

[Л-#,] = 4л£)г0Л0#0 — ехр(-х/1) и [ А-^ ] ос ехр ( - ¡х / Ь) 1 = 1,2,...

где [А], [А-Щ - концентрация А-центров и комплексов радиационный дефект - / атомов водорода, соответственно; V -скорость травления, й - коэффициент диффузии водорода, г — радиус захвата водорода дефектом, Ь - характеристическая длина. Из профиля распределения водородосодержащих комплексов была сде-

лана оценка нижнего предела коэффициента диффузии водорода в кристалле при ЖХТ, значение которого составило Ои> 6-Ю"10 см2сек"', что на порядок величины превышало значение /)//, экстраполированное из данных по высокотемпературной диффузии водорода. Сделано заключение о том, что комплексы Е(0.32) содержат два атома водорода. Кроме того, из зависимости значения /. от концентрации А-центров был оценен радиус захвата водорода А-центрами и получено значение ~ 0.3 + 0.4 нанометра. Исследована термостабильность центров Е(0.32) и показано, что она сравнима с термостабильностью А-центров.

Показано, что процесс пассивации другой технологически важной примеси - золота также сопровождается образованием ряда электрически активных комплексов, одним из которых являются центры с энергией Е(0.20 еУ). На основе анализа профилей распределения электрически активного узельного золота и центров Е(0.20) было показано, что комплекс Е(0.20) содержит два атома водорода. Использование более мощного источника для введения водорода в кристалл позволило обнаружить еще несколько новых электрически активных комплексов (Е(0.37 еУ), Е(0.50 еУ), Н(0.47 еУ)). Анализ их свойств и пространственного распределения позволил построить цепочку последовательного присоединения атомов водорода к примеси золота, которой характеризуется процесс пассивации электрической активности последней.

Кроме того, отмечена особенность взаимодействия водорода с дислокациями, которая заключается в том, что для их пассивации необходимы либо повышенные температуры (~ 300° С), либо очень высокая концентрация водорода. При этом пассивация разных "дислокационных" центров происходит неодинаково, что, возможно, обусловлено либо различным количеством атомов водорода, необходимых для этого, либо спецификой пространственного распределения самих "дислокационных" центров.

В четвертой главе приводятся результаты исследований воздействия облучения электронами, ионами, УФ и видимым светом на приповерхностные слои кристаллов кремния.

Был обнаружен ряд дефектов в приповерхностных слоях, возникающих при облучении электронами с энергией, существенно ниже пороговой для процессов упругого дефектообразования. Показано, что некоторые из образующихся дефектов имеют вакансионную природу, что доказывает генерацию собственных точечных дефектов при облучении интенсивным электронным пучком с энергией, на порядок ниже пороговой. Кроме того, обнаружено, что под воздействием электронного пучка происходит перераспределение примеси золота, а также перестройка ранее введенных радиационных дефектов и Аи на глубине, существенно большей, чем область проникновения электронов. Показано, что трансформация дефектов обусловлена радиационно-стимулированным проникновением атомов водорода и его взаимодействием с золотом и радиационными дефектами, которое сопровождается образованием электрически активных комплексов. А перераспределение Аи вызвано электронно-стимулированной оиЬдиффузией золота из приповерхностных слоев при достаточно высоких дозах облучения электронами с энергией 10-15 КеУ.

Генерация собственных точечных дефектов при ионной бомбардировке, характерной для реактивно-ионного травления, приводит к формированию ряда стабильных дефектов. Однако, дефекты, вводимые при такой обработке, существенно отличаются от хорошо известных радиационных комплексов (А-центров, дивакансий, К-центров), образующихся при воздействии высокоэнергетичных электронов или при ионной имплантации. Анализ свойств введенных при РИТ дефектов позволяет сделать вывод об их вакансионной природе. Так, центры Е(0.22 еУ) включают всего одну вакансию и по своим параметрам идентичны образующимся при отжиге А-центров. Вакансионная природа центров Е(0.22) подтверждается еще и тем, что глубина их локализации совпадает с глубиной изменения концентрации узельного золота, которое осуществляется под

действием индуцированных собственных точечных дефектов. Кроме того, при РИТ детектируется еще ряд дефектов, вносящих ГУ как в верхнюю, так и в нижнюю половины запрещенной зоны. Что касается их природы, то нельзя объяснить их образование в рамках ¡п-диффузии примесей переходных металлов, которая может возникать при распылении элементов камеры, т.к. условия эксперимента исключали такую возможность. По-видимому, их генерация также определяется наличием высокого градиента собственных точечных дефектов в существенно неравновесных условиях, которые, взаимодействуя друг с другом и с примесями кристалла, и образуют эти дефекты.

Был обнаружен эффект дальнодействия при РИТ, когда изменение свойств дефектов распространялось на глубины, существенно превышающие область генерации вакансионных комплексов. Так, при РИТ наблюдалась пассивация электрической активности "дислокационных" центров на глубине нескольких десятков микрометров. Кроме этого, отмечалось появление новых центров Е(0.46 еУ), отличных от образующихся в бездефектных кристаллах. Очевидно, что наблюдаемые изменения вызваны дефектами, более подвижными, чем вакансии. Высокоподвижные междоузлия, генерируемые в условиях РИТ, могут быть ответственными за наблюдаемые изменения свойств "дислокационных" центров и образование центров Е(0.46).

Влияние фотовозбуждения, как неотемлемого фактора ряда технологических обработок, исследовалось в рамках процесса генерации радиационных дефектов при облучении высокоэнергетичными электронами. Было обнаружено эффективное подавление накопления вакансионных комплексов при дополнительном УФ излучении. Глубина поглощения УФ части спектра в кремнии происходит на глубине - 0.2 мкм, а наблюдаемый эффект распространялся на всю толщину пластины (380 мкм). Обнаруженный эффект объяснялся тем, что в условиях генерации неравновесных носителей при дополнительной подсветке может менятся зарядовое состояние генерируемых собственных точечных

дефектов, что, в свою очередь, может изменить их подвижность и влиять на кинетику реакций между дефектами. А область такого изменения определяется диффузионной длиной неравновесных носителей заряда, которая в некоторых пластинах может составлять сотни мкм. Помимо этого, исследовалось влияние освещения нефильтрованым светом вольфрамовой лампы на свойства образцов с заданной дефектной структурой и было обнаружено, что происходит перестройка ряда центров. Так , концентрация золота и А-центров уменьшалась у поверхности кристалла, в то время как в этой же области детектировалось появление центров с ГУ, параметры которых соответствовали водородосодержащим комплексам Е(0.20) и Е(0.32), наблюдаемым при взаимодействии водорода с золотом и А-центрами, соответственно. Влияние освещения, по-видимому, сводится к освобождению водорода, возможно, в результате перезарядки центров, ранее захвативших водород, избыточными носителями заряда, его эффективному переносу из приповерхностных слоев в условиях присутствия избыточных неравновесных носителей заряда и последующему образованию водородосодержащих комплексов с имеющимися дефектами в кристаллах п-Бь

В пятой главе приводятся результаты исследований свойств "чистых" дислокаций, т.е. дислокаций, прошедших короткий путь от источника зарождения. Было обнаружено, что при довольно высокой плотности (~ 10б см"2 и выше), электрическая активность дислокаций была чрезвычайно низкой. При этом увеличение времени деформации (длины пробега) неодинаковым образом сказывалось на формировании "стандартного дислокационного" спектра. В кристаллах Рг^ спектр насыщался при длине пробега - 500 мкм, а в Сг-81 при ~ 250 мкм. Электрическая активность дислокаций увеличивается при увеличении времени деформации или отжига, что связано с собиранием кислорода движущейся дислокацией и последующим формированием в ее атмосфере примесных' комплексов, которые сгруппированы вокруг линии дислокации, что существенным образом сказывается на кинетике заполнения соответствующих им центров

носителями заряда. Показано, что объяснить логарифмическую зависимость заполнения ГУ, а также зависимость плотности объемного заряда от условий охлаждения можно, исходя из предположения, что "дислокационные" центры расположены не вдоль линии дислокации, а на некотором расстоянии от нее. Тогда из экспериментально измеренной зависимости сигнала ОЬТБ от длительности заполняющего импульса можно рассчитать, как распределены вокруг дислокации центры, дающие вклад в сигнал ОЬТБ. Согласно сделанному расчету, это распределение носит экспоненциальный характер с характеристическими радиусами, равными = 1 мкм для центров и = 0.5 мкм для центров Э! и 04.

Основные выводы и результаты работы:

1. Впервые обнаружено, что пассивация радиационных дефектов и примеси золота водородом проходит через промежуточные стадии, характеризующиеся последовательным присоединением атомов водорода и образованием комплексов, некоторые из которых обладают собственной электрической активностью. Определены свойства образующихся электрически активных центров и их термостабильность.

2. Проведен анализ профилей распределения образующихся водородосодержащих комплексов, на основе которого оценены параметры кинетических реакций дефектов с водородом и определено количество атомов водорода, входящих в эти комплексы.

3. Обнаружено, что облучение электронами с энергиями, существенно ниже пороговых для образования стабильных радиационных комплексов, приводит к образованию ряда дефектов в приповерхностных слоях кремния. Впервые установлена вакансионная природа некоторых из образующихся дефектов. Обнаружено, что облучение низкоэнергетичными электронами стимулирует перераспределение примеси золота, которое происходит в

17

результате ои^диффузиии Аи, а также перестройку радиационных дефектов и золота в приповерхностных областях кристалла в результате радиационно-стимулированной диффузии водорода и образования водородосодержащих комплексов.

4. Показано, что при низкотемпературном реактивно-ионном травлении генерация вакансий и междоузлий стимулирует образование ряда дефектов в приповерхностных слоях кристалла, распределение которых определяется диффузией вакансий. В присутствии генерируемых собственных точечных дефектов происходит перераспределение золота в результате его взаимодействия с вакансиями, тогда как наиболее вероятной причиной перестройки "дислокационных" центров на глубине, значительно превышающей диффузионную длину вакансий, является их взаимодействие с междоузлиями.

5. Обнаружено, что фотовозбуждение кристалла может существенно влиять на эффективность образования дефектов, изменяя зарядовое состояние вступающих в реакцию составляющих, а также стимулировать проникновение водорода и его взаимодействие с радиационными дефектами и золотом.

6. Обнаружено, что электрическая активность дислокаций, прошедших небольшие расстояния от источника зарождения очень низкая или отсутствует совсем. Формирование стандартного "дислокационного" спектра электронных состояний происходит при взаимодействии дислокаций с примесями, содержащимися в кристалле, и определяется дефектами, образующимися в дислокационной атмосфере. На основе анализа процессов заполнения "дислокационных" центров с ГУ предложен способ определения их пространственного распределения и показано, что это распределение носит экспоненциальный характер с характеристическими радиусами ~1 мкм для центров Э2 и ~ 0.5 мкм для центров и 04.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Feklisova O.V., Yarykin N.A. Determination of the electrostatic barrier near dislocations by DLTS measurements.-Proc.of the 8th Inter.School on Defects in Crystals, Szciyrk, Poland, 1988, p.366-370.

2. Feklisova O.V., Yakimov E.B., Yarykin N.A. Metastability of electrical properties of dislocations in silicon.-Mater.Sci.Forum, 1989, v.38-41, p.1373-1378.

3. Koveshnikov S.V., Feklisova O.V. Effect of low temperature plasma etching on dislocation spectrum in silicon. - Proc.of the 6th Inter.School on Phys.Problems of Microelectronics, Varna, Bulgaria, 1989, p.405^111.

4. Аристов B.B., Снигирева И.И., Феклисова O.B., Ходос И.И., Якимов Е.Б., Ярыкин Н.А. Влияние примесей на электрические свойства и структуру дислокаций в кремнии. - Сб.докладов V Междунар. конф. "Свойства и структура дислокаций в полупроводниках", 1989, с. 12-17.

5. Ковешников С.В., Феклисова О.В., Якимов Е.Б., Ярыкин Н.А. Изменение энергетического спектра дислокаций вследствие их взаимодействия с точечными дефектами- Сб. докладов V Междунар. конф. "Свойства и структура дислокаций в полупроводниках", 1989, с.209-213.

6. Кагадей В.А., Лебедева Н.И., Феклисова О.В., Ярыкин Н.А. Дефектообразование в кремнии при облучении низкоэнергетичными электронами. - Тез. докл. Всес. научно-тех. семинара "Низкотемпературные технологические процессы в электронике", Ижевск, 1990, с.116

7. Feklisova O.V., Yakimov Е.В., Yarykin N.A. Spatial distribution of dislocation-related centers in plastically deformed silicon. -Phys.Stat.Sol.(a), 1991, v. 127, p.67-73.

8. Болдырев C.H., Мордкович B.H., Омельяновская H.M., Феклисова О.В., Ярыкин Н.А. Влияние фотовозбуждения на эффективность дефектообразования при электронном облучении кремния - ФТП, 1994, т.28, N10, с.1826-1830.

9. Феклисова О.В., Якимов Е.Б., Ярыкин Н.А. Дефекто-образование в кремнии, легированном золотом, при облучении низкоэнергетичными электронами,- ФТП, 1994, т.28, N12, с.2179-2184.

10. Kononchuk О., Orlov V., Feklisova О., Yakimov Е., Yarykin N. Increase of Electrical Activity of Dislocations in Si During Plastic Deformation, Mater.Sci.Forum, Ed. by M.Suezawa and H.Katayama-Yoshida, Trans Tech Public., Switzerland, 1995, v.196-201, p.l 183-1188.

П.Конончук О.В., Орлов В.И., Феклисова О.В., Якимов Е.Б., Ярыкин Н.А. Формирование спектра глубоких уровней в процессе расширения дислокационных петель. - ФТП, 1996, т.ЗО, N2, с.256-264.

12.Парахонский А.Л., Феклисова О.В., Карелин С.С., Ярыкин Н.А. Последовательные превращения золотосодержащих комплексов в кремнии n-типа проводимости при насыщении атомарным водородом,- ФТП, 1996, т.ЗО, N4, с.670-675.

13. Yarykin N.A. Parakhonsky A.L., Feklisova O.V. Multistep changes of defect electrical activity due to interaction with hydrogen-"Shallow-Level Centers in Semiconductors" ed.by C.A.J.Ammerlaan and B.Pajot, 1996, p.399-404.

14. Feklisova O.V., Yakimov E.B., Yarykin N.A. Effect of irradiation in SEM on electrical properties of silicon.-Mater.Sci.Eng.,1996, B42, p.274-276.

15. Feklisova O.V., Yarykin N.A. Transformation of deep level spectrum of irradiated silicon due to hydrogenation under wet chemical etching - Semicond.Sci.andTech., 1997, v.12, p.742-749.

16. Feklisova O.V., Yakimov E.B., Yarykin N.A. Impurity effect on dislocation DLTS spectra.-Prog.and Abstr.book Int.Conf."Defects in Semiconductors", Aveiro, Portugal, 1997.

17. Феклисова O.B., Якимов Е.Б. Трансформация дефектов в Si при облучении подпороговыми электронами в РЭМ - X Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел. Черноголовка. Июнь 1997, с. 125.