Электронное строение ионно- имплантированного и гидрированного кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

, ССгСКЗХШП 0РД5НА ЯЕНИНЛ ГОСУДАРСТВЕНШЙ УНИВЕРСИТЕТ ИИЕКИ. ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА

На праисх руяопигй

ЖХЯЖЖИЙ СЕРГЕЯ ШШАЕВИЧ

УД{ 621.316.¡392

аШТРОННОЕ СТРОЕНИЕ ионно-

ййшгарсваннсго и гидаровлннога к?шмя

0l.0i.10-{¿пайка полупровопдшкой

п диэлектриков

Автореферат

Дйссертйг^пг на соискание ученой степени йШцнцата физико-математических наук

Бороной - 1550

Работа выполнят в Воронежском орден« Лст:нм •го-уцлрстя»-.ном университете имени Д«.-минского комсомола

Научные руководители: доктор фшыко-глахч-матечс.-иких »■•;/<:,

профессор У.П.Дом.оиоиокья; кочцщегг ф«зико-мс<тематкчоских шук, доцеит Ъ,Л,Терехов. 4

(л^ифш.'ышо оппонемти: доктор физико-математических ниук

С.И.Роыбеэа;

канг,ш/,ат физико-метематических наук В. И. Селезнев.

Бидущал оргвниэт««: ."еншграцсккЕ фиэмко-техничесхмП институт им. А.Ф.Ио$фе АН СССР.

сищто состоится

" ЦОЛф-Р 1990 г. в 15

часов на

засидатш слецкплиэироьышого Совета К 063.48.10 по специальности 0I.C1.I0 - физика полупроводников л диэлектриков при Воронежском ордена Леимна государственном университете имени Ленинского комсомола (354693, Воронеж, Университетская пл., X). 1 С гиссортащшй можно ознакомиться: в библиотеке Воронежского Г0СуНИВ€фСИТ0Т8.

автореферат разослан

Унаний секретарь Спеиюшгзкрованного Совета, кандидат физико-математических ¡^ нвук, доцент . "

/ у

Б.И.Клшин

Г

ОЕЩ/Ш ХАРАКТЕРИСТИК РАБШ

Процессы ионной имплонткцн» кремния широко используется в тк-хно/.огии производства микрог»лгктронных приборов. В связи с втеч прецстагляет интерес ияучешш оптимальных режимов откигп дл i октия&ции пргмеси, распределение активированной примеси на глубине с.чоее и десятки нкнемстров, что rhwio для проиоподстса приборов с суби1кронныки параметрами. Актуальным является и исследование дефектов в крм/нии, ячплпнтироп&нном ион<?ми аргона, т.к. искная имплантация аргоном все более широко используется в технологии иаполий электронной техники, позволяя точно дозировать концентрации дефектов в строго определеншх учясткгос пластины. Кроме того, на примере имплантированного аргоном кремния мок-но изучать процессы образования и от*игп дефектов и обуолог-ленчкх и:.:!! состояний в запрещенной зоне. В пастот.'(ее &рг.мп . существуют .ишь модельные представления относительно процессов аш^измзш и кристаллизации при и«илантг,ции» которые ну*цаются в дальнейшей детализации и проверк?. При послойном анализе,применявшиеся ранее океперименгпльнме методики были связаны с необходимость» последовательного удаления тонких слосе и дрпап,и-т'мл с этими искажениями ял'-ктронной я кристаллически!' структура . ■ .

Интерне к гидрирорончог'у аморфному кремнию (<Л~,н II) стимулируется прежде ьпего тем, что он пвлл> тся пронрескым модгл*-HiTM материалом для т»у<к-н«л физики неунорядо'к ншдх енотом, о также широкими возможноетгоет его использования для практики. В настоящее ярем я создан це,.!,й ряд электрошок приборов, в которых б качестве актирного п/и^итэ применяется слон Q.- || ~ ото яонкопленочиье солн«г<ьке ол'-менты болквой площади, тонко-лленоиные подеше тр^нристор«. Растет интерес к использование Г1~сч^Н в цискретнах и иктегрялыпос фотоа.ггчикех. Подтоку исследования олектронной структур! гидрированного аморфного ирсм-ну.л чреп, нчьйно актуальны г прнктичссгем ••:сп--нте. 15ец«э болыпуп остроту приобретает экспериментальное нэу^енио локализогяньых состоят. Л (JX) н щоли по поцгикнооти вследствие того, что теоретические расчеты 1С н (I - S. И г ппстол'ц»? гремя рэзмокнн ¡Л'л:ъ на качественном урорне,

К началу настоящей работы продолжался интенсивный процесс накопления информации о распределении ялг-итронгапс состояний е

щели по подвижности ( с» Ь ) гидрированного кремния, о'-ниш ряд проблем оставался не ременным

Различные опосредованные метоцн определишь ппот" /-г« состояний приводили нередко к противоречат,им друг ч;.У*'У ■цам об 0614см вица ^-(Е) , полечкзмим ко экстремумов. Сл'оуЧ'егвоьо-:Ла однозначная интерпретация природы лоиалнзорйшшс . аосгоишш в щели по подвижности Oi.--Si.iil . Оставался открытым вопрос и об однородности свойств пленки а зависимости от глубины.

Целы; работы являлось изучение электронной структуры иоино-имплантирсятшого и гидрированного кремния, влияние на электрои-ную структуру и в' особенности на ЛС кремния ионной имплантации , .и отжигов. Определение распределения плотности состояний в щели ио подвижности С1- 51' Н и изменение су (Е) в зависимости от глу~ \ бнны и услориН осекцения пленки, идентификация природы локализованных состояний и их связь с электрофизическими свойствами материала.

; • . Ипучвоя номзнп. Впервые методом ультрамягкой рентгеновской спектроскопии (УМРС) осуществлены прямые экспериментальные наблюдения образования цонорной подзоны в йонно-легировенном кремнии .

Вперрые методов УМРС обнаружен сложный спектр плотности состояний в щели по подвижности й- 3<-'-Н и получена его зевисимостч от глубины анализируемого слоя в пределах 10 - 100 нм. Установ-. лена связь между легализованными состояниями в шзкоэнергстичес-кой чести <$Е и фотопроводимостью СХ- И . Определено знерге-. тичеекое положение, по крайней мере, трех различных вип,ов дефектов в в\ели по подпиши ости гидрированного аморфного кремния. Обнаружено существование в СХ- Бс'. Н аномально дефектного приповер* ностного слоя в несколько десятков нанометров, преобладающими де фекТАМи в котором являются многоеакансиошше комплексы и равномерное распределение по объему изолированных оборванных связей. Установлена зависимость плотности ЛС дефектов разпличных видов от условий осаждения и последующего отжиге пленки а- йс'. В .

Впервые получены рентгеновские эмиссионные спектры аргона, имплантированного в кремний и примесного фосфора в легированном

ft-5r.il •

Основные положения, рмоаимпа не защиту

I. Методика послойного неразрушающего анализа локализованных состояний в ионно-имплантировашюи и гицрироппнном кречшш

hi осноре ультрпмягкой реитгоиопокой спектроскопии.

2. Распределения илотнссти состочниК и понорноИ поцзоно

я зависимости or рятимог» ч«чэ nviw антоним и отжигоп. О, Коррелягия гели'тиьт ffa тогро го n'twi сти с распределением плотности состоят!* в нл^ио^пррттчччети Str. гиприротаи-t;- ;v jwoptного кремния.

Cy!'(ncTro»m«iö * электрониа-ош-ргетичвеком спектре ix-'k I! трех тилоз локалияоЕмнв-'г сосгож mil, отлтот^'хпп по природе и »нрргйти'-'ескому полопени.«!,

Б. Харекгер распределения дефектов и 0--bi.fl по глубине, и.олитле лонергностного слоя, отличающегося .ономалыго высокой плотнсстьп дефектов гпклн^нонного типя.

б. Коцальше ирецствчаеннч njniponu -¡1С в лмор^юч кремнии;

Ирамтичсскся и ноутая значимость р'/отм

Реоультэти работы могут быть егмтьловгти: ирг спреце.чгиии технологических ро'-гмоч nwTS'wtwvn и сг?гигп T'fC"'HH,4 для ?.iu;po— рлектро!:!!.'- при&орст; цлп гнСгр* оптк'дяямг-ж усяотШ ослтчрнип пягчея ü. Si 'Н с гнеокоИ *ото»гор»1«мэ«*т*.ю и коррекции своАстр г.ог.у^сгллх пленок.

Л!>ГЯЯМ!Я P03»t<JWOCrr« О^ГСЧГШ'Т ПРСТГГОрО«йЛ и гвеперичеи-

ТОЛЫКЗС р?.\/Л«.Т*«ТГ»:!С ,110Лу«"ЧГ№Л рП0ЛтЧ!"'.'Л f'C-ТГЩПМВ Г }| ¡1].

¿нгэ'Чпия га>'?та. Геч.'л^гггы г.йсссгттч*0!гк>!1 рлГЪтн чодэжв- * ш и cf'p.yт"!ciii'i нп X'iY сорглфшп: по рентгеновской и

гяектгльчоЯ cwKT.wcitomt {'»•пг.угас, i'n Всгсодаиом еопеча-

н'.гл "Хв:.я«,ч;ска,» сгя.?>, »лгггреннпя струг*урп и (}игкк0-хииич?!ские ст'оГстсэ полупрого'хпнт t; во.^лтг'ллси'' Ufe.winm, ,И'У5); на iii Беесе^онои скох« "¡jiivii'iiixwi рзпоти pom: toil рчн.-пптйшш (ллмз-Лт-5, IiiЬГ>5: im IX Вп-с^г-ч-Л! слрг^амт.-се'ятрре молодых y-'tiibÄ "Гчитгекогсккг и ргнтг'-ио-плсктроьн!ю сьс-ктрм и хикичес-]г.'Я егг?ь'' (üopori'r'',!rcn. Ш'Л>); по 11 конференции

"Кгаггогад 7 пик и спектроскопия тгердего тола" (Слердлогск,

нл X ВсесстоноК t4*oa?-'r,MPH«j:s "Рентгеновски« и рентге- ■ но-ел-'ктгеннк» спемрч i: кида'есгй« гглзъ" (Одесса, J9BG); на УП Ьо^сою» .-Р. 1:о!ф.тг>нпн! чз тоглтекопекгму «яеуумнецу ультрафиолету и сге ; ?ч!;м,1д,=С'стг!'ю с г-^гестти (Ригп, lvu'3); но Всесоюзно ä' ксн'.>р<ч>П!и "¿ичгкостига пег«-рлк>сли" (Кяупо, 1906); ня XII зсосРозноЗ ннуччоЯ к1нфор«?н[л;!1 по гигрпллектронико (Тбилиси, I'.c?) i ''оягузо некой конференции иолоцих ученте "Наука и ее роль

в ускорении НТП" (Воронеж, 1987); ХУ Всесоюзном совещаь.и по рентгеновской и электронной спектроскопии (Ленинград, 1С66); на выездной сессии АН СССР "Аморфные полупроводники" (Иват-$шн-ковск, 1968); Международной конференции "Пленочные систг'.зд для перспективных устройств опто-, шшро- и биоэлектроники" (Карл-Маркс-Штадт, ГДР, 1989); Ш Всесоюзной конференции "Квантовал химия и спектроскопия твердого тела" (Свердловск, 1989); XI Всесоюзной школе-сешшвре "Рентгеновские и рентгеноэлектронныо спектра и химическая связь" (Иванов-Франковск, 1989); IX Междунеродной конференции "Некристаллические полупроводники-89" (Ужгород, 1959); ВсесоооноЙ конференции "Поверхность-89" (Черноголовке, 1989); на Уральской школе "Рентгеновские и електрокные спектры и химическая связь" (12-16 марта 1990 гЗ, а также на научных конференциях и сессиях Воронежского госуниверситета.

П^ЙЙЗКёЗИЙ» Основные результаты диссертации опубликованы в 22 работах, из них II статей в междунеродных и всесоюзных научных журналах к сборниках.

С^укту2£_и_о1^ьрм__диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Она содержит 198 страниц, включая 129 страниц текста, 13 таблиц, 50 рисунков и библиографию из 1ББ наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЯЛЖЕ Д'1ССЕРТЛ13!К

Ео_В2£Д£И!И показана актуальность изучаемых проблем, сформулированы цель и основные задачи работы, показана научная новизна и практическая значимость результатов, сформулированы научные положения, выносимне на защиту.

проведен краткий анализ литературных данных по исследованиям процессов, происходя!:?« при ионной имплантации полупроводников, изучению структуры конно-имплантированного кремния и воздействию различных типов отгагов на активацию до-норной примеси. Рассмотрены также представления о формировании донорной подзоны в кремнии и локализованных состояний дефектов в запрещенной зоне. Акашэпруется вэзмогность химической активности благородных газов, имплантированных в кремний. В этой я<е главе приводятся данные по методам получения пленок Ц-Бь'-Н , их структуре и результатам теоретических и зкепериментпльни* исследований электронной структуры валентной аонн и локализованных состояний. Анализ теоретических и экспериментальных денных по

w.KTpomiott структуре (Д.-S«'. H показал, tiro в п-чстояпее время расчет JSC возможен лкнь »a тгопойтрпгогом урогип. Но существует ОДНОЗНАЧНОЙ ЛД'..ИТ|! ['ШсаЦНИ npi;p""4!i ДОКЗ.'Н'.оОРОШШХ состояний, на-С-1Л».аС!.в'Х 5 'ЦР'ЛИ НО т.'Ц'И-ШосТИ РАЗЛИЧИЯМИ ЭКСЛСрЯМСИТПЛЫШМИ

Бол"» того, оти дмпшо часто на согласуется Mrsr.y со-Гей и могут бшч» прге»л« чч к цвум отличвда?здся друг от друга -Группа11 розультзтор []] .

D первой гляее кратко положены теоретические оснопн метода рентгеновской змиссионной спектроскопии. Показана связь интенсивности рентгеновской омиссиониой иолоен 3(E) » ультрпмпгкой области с парциальной плотность« электронных состояний:

3(e)-[ Р,,м (£:)зм(Е) ■+ PMli(F)t]f(iU;)]

гае - срецнчя вероятность перекопа электронов с урон-

ил с орбитальным моментом t - I на уровень с орбитам шм монекгом ? qt j (Е) ~ n.-p'.шальная плотность электрошшс fit- состо-лнн!'|.

На осноне анализа -проблем теоретического и экспериментального изучпшя конно-гмплянтиропмшого и гллрировлиного крем: ия и возможностей м&тпдч 3*«РС сформулироррнн осиорнме задачи исследования,

Зтора.д_рдоа косряжена кроткому описанию способоя получения образцов и методике ронтгпюсиектрллымх исследований.

¡¡М;!ЛГ,НТаЦНЯ !'р<Т1Ш!Я ИРОИЗВОЦНЛВСЬ HOHSMll ШШЬЯКП, СурЬМН И аргоне. Исследования имплвдтнрорпннух образцов производились как непосредственно после пмялвнгпнпи, тек и после отжигов: оптического или вакуум-тнрип'Ь'сшш.

¡¡ленки гидрированного аморфного кремния бнлн получены не- • ■годом тлеидего разряда н роаитивним рас пилением. При получении CX-Si'.H р тл'кдом разряде ряд технологических параметров - температура оселцппш Ь, , напрятгнне на {V( -электроде К к - подвергались изменениям. Легирование осуществлялось из газовой фазы путем добавления а рпарпднуо кпчгру РН\ или, Bille

нэлекчмм метопики получения 1« -эмиссионных спектров пррмнил, аргона, фосфора, гогорн» лтрапоит .юкчльиую парциальную плотность рлекгрогатх $<с{) -состоянии. Эти спектры получены пер-рпчит методом на ронттюгекои сш-ктрочетр'^-мзиокроматорв ГСМ-:.-00 с регистрацией спектров гпричнлм плп1:трэ»ным умножителем.Лп-

паратурное ушрение составляло 0,3 - 1,5 эВ в завистлпг 'п от спектральной области.

Проведена оценка толщины анализируемого слоя в зав." умости от енергии возбуядяювдех электронов при рентгеноспеюряг''."1: измерениях, что является существенным при исследованиях тоикопле-ночных систем. Эти слои составляют 10-100 нм при знсрг'.;;ж возбуждающих электронов от 1 до б кэБ соответственно.

Показано, что применяемые режимы съемки на РСМ-500 не вызывают деградации исследуемых образцов.

представлены результаты рентгеноспектраль-ных исследований"электронной структуры валентной зоны к ЛС кремния, ионно-И'лплантированного цонорными примесями. Для кремния, имплантированного ионами мышьяка с энергией 60 кэВ в интервале доз Д = I 4- 2» 10^ мкКл/с?/" после лучевого импульсного оптического отжига (18 Дж/см2, 1,5 с) проведен анализ 51. -спектров. Наблюдалось восстановление электронной структуры и активация мышьяка под влиянием лучевого отжига. Узкий максимум,обусловленный донорными состояния™, обнаруживается при Д ^ 3£М£ЙД

Ч мкКл

и растет с ростом дозы до 5-10 -Щ- , а затем уменьшается

см*- г л

вследствие образования устойчивых комплексов ¿к -/¡Б , выдергивающих высокотемпературные отжиги. Сравнение 5с к,г,г -спектров, полученных при разных энергиях первичных электронов, показывает, что активация примеси при лучевом откиге происходит в тонком приповерхностном слое ~ 100 нм. В самых; поверхностных слоях с, 10 нм обняружено образование карбида кремния на поверхности при длительно.1 облучении ионами мышьяка, в результате осаждения углеводородов от паромясляных насосов на поверхности пластин.

Исследовались 5«. Цг.з -спектры крчмния, имплантированного сурьмой с энергией ионов 75 кэВ в интервале Д= I + б,2-10\:клл

см3" "

Импл8нтоцйя проводилась на установке "Везувий-5", как по обычной заводской технологии, так и в 60 раз быстрее (ускоренно). Все образцы исследовались непосредственно после имплантации, а затем после термического (800°С, 30 мин; 1000° С, 30 и 240 мин) и лучевого оптического отжигов,

Анализ результатов показывает, что термический отяиг кремния, имплантированного сурьмой дозами < 5,6 • 10^ мкКл позво-

с7~ '

ляет практически восстановить кристаллическую и электрокнур

структуру. Однако, активация примеси сурьмы незначительна, что проявляется в слабой интенсивности донориого максимума в 5<: 1л,» -спектрах. Отжиг образца) легированного сурьмой дозой G,2 • • 10е1 мнИл/см*", не приводит к восстановлению строения поверхно-••/нкх слоев и появлении при местной подгоны по причине образовании устойчивых комплексов между крешпюм и сурьмой, как и р слу-имплантации мышьяка [21.

Результаты импульсного оптического отяига показывают, что такой отжиг вызывает значительно л у'-глуп активацию примеси сурьмы и россгановление структуры поверхностных слоев, чем термический. Уже при Д & 10 мкКл/см2, четко обнаруживается узкий максимум (рисЛ), обусловленный состояниями а донорной подзоне. Его интенсивность растет с увеличением дозы в связи с ростом концентрации активированной примеси. Однако при Д > 10 мкКлД она начинает падать вследствие появления устойчивых кластерных образований Si-Sb. При ускоренной наборе больших доз "> . . 10 мкКл/см^ концентрация электрически активной примеси остается высокой из-за частичного восстановления структуры еще цо отжига, вследствие «снно-стпмулиропонной крнсталлиэоцш [3] . Как и в случае мышьяка активация примеси сурьмы происходит в тонком приповерхностном слое ~ ICO нм. В наиболее поверхностных слоях наблюдалась кпрбнцизагз'Я.

Оценка концентрации электрически активной «онорной примеси tv'fí по относительной интенсивности донорного максимума, про-гредуированной при сравнении с измерениями концентрации доноров методом сопротивления растекания в работе [2], дало для мышьяка максимальное значение 1,2-1Сг® см-^, о для сурьш (7 f BJ.IC1' см~Э, что выше предела обычной растворимости сурьмы в кремнии.

Впрртне прямым методом ультремягкой рентгеновской спектроскопии в Si Ь2,з -спектре кремния, ионно-легированного донорной примесью наблюдалось увеличение энергетической ширины ftEd донорной подзоны мьгазьяка на ~ 0,1 эВ при увеличении \/d от 4.I01- см"3 до 9-I019 см"3.

представлены результаты исследований методом УлРС кремния, имплантированного попами Ат с энергией ICO коБ в широком интервале доз. Из анализа формы Ьг.з -спект-рор кремния,полученных при различных энергиях позбужцающих электронов (1, 2, 3, 6 кэБ) установлено, что в интервале Д = 10^ +

8 г и зо м ь т Е(зВ)

Рио.1. Ь^з -спектр и его шсокоэнергетичэский край в яремния: ••• - монокристалличэоком Шл. = 10 ^см" );■—-— ионно-имилаитированном (50 = . 9»10^ мк Кд/си )}----посла импульсного оптического огаига. Глубина анализа Ы ~ 60 нм. (Шала энергий приведена относительно ^ 2р -уровня.

ы ■ и 90 9Г-1геП5ГЕ оБ)

Рис,2 Ь^з -спектр в его а.'сокоэиергетичаский край

б кремнии ■ имплантированном Аг* : -

5) в 103.----д = 104;вв„ 105 кк

глубина анализа сА- ^ 1.0 ж.

£00

Z\k

?Л1

E o£>)

Рис.З.--Alt,,,- спаитр в кремнии, имплантированном

А/1 ; для сравнонш:----спектр

газообразного № /4/

86 30 ЭД пъ юг Е(эЕ-)

Рис.4. 5t спектр н его високоэнергетический

край:----a-Si (глубина анализа d ~ 10 mi);

--a-Si'-W ( d. ~ so kí) j • • • - a-Si -

термически исдарэяного ( d. ~ 60 им)

хо3 происходит амортизация поверхностных слоет* "ремни я.

ОУГ л , ?

до глубины г? 60 ям, при больших Д ~ 1(г мкКл/ем^' происходит

ионно-стимулировашая кристаллизация, а доза ~ И)"1 мс'Гл/сг/'

вновь яморфизирует те яе слои (рис. 2).

В Ьг,> -спектрах вморфизовакгаяс обраэноп (рис.2) непосредственно за потолком валентной зоны Еу определяемого линейной экстраполяцией высокоэнергетического кроя валентной зоны, наблвдпготся хвосты плотности локализованное состояний, а на расстоянии 0,8 и 1,2 эВ от Ьу обнаружены два максимума ЛС. Интенсивность первого уменьшается с глубиной, а второй наблюдается лигаь в самом поверхностном слое £ 35 "нм. При вакуумном отжиге максимумы ДС изменяются немонотонно с температурой (Тот*. ) уменьшаясь при Тотт ~ 350-400° и исчезая с крис-стеллизацней кремния при Г ~ 700°, что свидетельствует об их дефектной природе.

Сопоставление полученных экспериментальных данных с результатами, излокенныш в пятой главе приводит к выводам о природе максимумов ЛС нак оборвенких связей: нейтральных |2?уу (0,8 эВ от Еу ) и заряженных (1.2 эВ от ) в многовакансион-

ных комплексах.

Начиная с д = зо* мкКл/см^ обнаруживается Ьг.з -спектр аргона, внедренного в кремний (рис. 3). 4-орма /К Ьгд -спектра не изменяется с увеличением дозы и соответствует форме атомарного Д г .

Пятая, глава диссертации посвяя;ена исследованию электронно го строчная пщрогенкзированного аморфного кремния. Изучение ^ч Ьгз -спектров 0.-51.'Н показало, что введение водорода довольно слабо сказывается но общем распределении плотности состояний валентной зоны. Ялиболее интересную информацию удалось получить иэ анализа спектров локализованных состояний. Так било обнаружено, что при гидрировании хвост плотности состояний за уменьшается по сравнению г. термически-испаренным (Д- Яс

и на расстоянии -*- I г?В я Еу +1,4 эВ проявляются два

максимума ЛС (ркп. 4) с теми ке анергиями 100 и 100,4 оВ от-носителмг) - уровня, "то наблюдались в кремнии, имплен-

ткрэрлчнлм Ах • Иуи этом нери-Л максимум ЛС уменьсюется с глубиной, а втор:>й наблгдается лишь в поверхностных слоях <• ?5 мм. Сопоотпвлплие плотности состояний в пленках с\ - Н с

различной величиной фотопроводимости позволило установить, что увеличение фотопроводимости сопровождается уменьшением плотности .1С непосредственно за Еу . Исследование влияния вакуумтер-гг.-еских отжигов на плотность состояний показало, что валентна, зона вплоть до температур Тотя ~ 750°, приводящих к крис-езгдиэации, изменяется незначительно. Наиболее существенны из-4 менения плотности состояний при отжиге в щели по подвижности (рис.5). Так, в образцах с хорошей фотопроводимоетьв отжиг вызывает монотонный рост плотности ЛС непосредственно за Еу и немонотонные изменения максимумов ЛС внутри щели по подвишос-ти. Увеличение величины максимумов ЛС при "отк ~ 400° коррелирует с "низкотемпературным" выходом-водорода из пленки П-Бс.'И • В образцах с низкой фотопроводимостью обнаружено уменьшение плотности ЛС непосредственно за Ev при Тотя = 300°, что связывается с пассивацией оборванных связей ранее неактивным водородом.

При кристаллизации особенности плотности ЛС в запрещенной зоне исчезают и плотность состояний в запрещенной зоне становится идентичной наблюдаемой в монокристаллическом беспримесном кремнии, что подтверждает дефектную природу наблюдаем)« ЛС в

а-^.Н•

изучение влияния температуры подложки Тз , при получении О-'^С'Н методом тлеюдего разряда, на его электронную структуру показало, что минимальная плотность оборванных связей получается в пленках с Т5 ^ 2В0°. Обнаружен рост величины максимума ЛС на расстоянии Ну- 1,4 эВ с увеличением Тб • Рост интенсивности этого максимума приводит к уиирению полосы локализо-вакннх состояний в сторону зоны проводимости (Ес) и соответствует наблюдаемому уменьшению энергии активации темновой про-водкмости от 0,7 до 0,3 эВ - "псевдолегированж>". На основе анализа экспериментальных данных ЛС, наблюдаемые непосредственно за интерпретируются как изолированные оборванные связи р>° , а максимум» ЛС с энергиями £: у + I эВ и Бу + + 1,4 зВ как нейтральные П^у и зеряженние оборванные связи кластеризованные в многовакансионных комплексах (рис.6), которые являются преобладающими дефектами в приповерхностном слое тол1циной ~ 60 нм.

Рентгеноспектральнне исследования пленок легированного СХ-?н.'.Ц показали, что легирование фосфором с концентрацией

ja1'!! eq)

0. 10 a о? O.Ofc 0-01 O.Di

-i-.

-t—ь

I - 1 -к-^

WX. 300 '

100

500 6CO 100 . ]-0,K(x)

Тиа.5, Зависимость относительной интенсивности особых тичэк споитра локалиаоБашмх состояний в CL-Sí--И при глускшо анализа cL ^ 60 им от тешератури вакуум-херг,!я*ю скил о тетгоп :

---- для малммума Ji(J с Е ~ Ev + I эВ;

—- - в области Ev + эВ

Е

Ее ШЩ1Ш1ШМ

Pvv Ç

îtvub

i Ч эб.

Рис.G. Схема эпергеtk'kohoï положения 1С т- !;;ai¡; по нодтатлоети fx- Si

Гц о. 7. PLj^-cncrrp г Гл.-Si' ----- I! 0 Sv P:— (ддл

срачион!?>1 ). ¡¿-cm г'.'Г; cnior.KTpn:.i'o Pi

- УрОГПЛ .

НО

LO

Cn = I О19 f К)20 см"3 приводит к увеличению плотности ЛС в псовпогцели, как непосредственно за Е/ , так и в области максимумов ЛС. Яри легировании (Св * Ю19 см"3) и.компенсировании (Г - = Ю17 см"3) бором (Св - концентрянця боря), существенных изменений в плотности ЛС по сравнении с нелегированным ие наб- ч г.г'чалос:,,, за исключением погертностного слоя ( й 10 нм), при СР в Ю1^ см"3, где наблюдается увеличение ЛС по сравнении с нелегиротенннм образцом,

В образцах с максимальной концентрацией легирующей примеси фосфора удалось получить Р Ь ^ -спектр примесного фосфора с энергетическим разрешением 0,45 эВ (рис.7). Анвлиз спектров показе.л, что фосфор в Ci-Scll имеет преимущественно 3-х кратную координацию, а его концентрация возрастает, от 2 ат.% (значение как в объеме) до ^ 10 а.т.% при уменьшении глубины анализа от 100 до 10 им.

' ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И BHBOJJi

1. На основе метода У№С по разработанной методике первые проведены прямые ¡экспериментальные наблюдения плотности локализованных состояний в запрещенной зоне легированного,ямор-фиповйнного и гидрированного аморфного кремния.

2. Установлена зависимость распределения плотности состояний в донорной подзоне от концентрации электрически активной примеси.

3. Б аморфном гидрированном кремнии обнаружены ЛС трех типов:

- Непосредственно за потолком валентной зоны ( Ну + 0,43$,) наблюдаются наиболее равномерно распределенные по объему оборванные связи, отвяияюзде за величину фотопрово- ■ дкмости.

- Два других типа ЛС расположены на расстоянии I эВ и

1,4 эВ от потолка валентной зоны и интерпретируются нами как оборванные связи 8 многоряхвнсионных комплексах. Плотность ЛС с знергиеЛ Ev + I зВ быстро спадает с глубиной, тогда как плотность ЛС с энергией £у + 1,4 зВ наблюдается только в поверхностных слоях ^ 35 гол.

- Концентрация дефектов, связанных с многовакичси^нчыми комплексами достигает величины ^ КУ'^см"^.

4. Вакансиотап природа ЛО при энергиях + I яЬ у Ev + + 1,4 эБ доказан? наблюдением этих состояний в кремнии, июр^изп-ванном высокими дозами имплантируемого /\ч*» При этом установлено атомарное состояние аргона в кремнии.

5. Обнаружено увеличение плотности ЛС всех типов при легировании как донорной, так и акцепторной примесям!. На основании прямых наблюдений спектра примесного фосфора установлена его преимущественная трехкратная координация, что подтверждает низкую эффективность легирования (Х-$<.:!!»

Основные материалы диссертации опубликованы в следующее работах

1. Терехов В,А., Медведев K.M., Тростянский С.Н., Домашев-ская Э.П. "Особенности ¡электронного строения кремния ионно-леги-ровенного мкчьлком и сурьмой". В кн.: Радиационная физика полупроводников и родственных материалов". Тез. докл. Таикент: Кзд-Бо "Mi" Уз. CGP, 1984. - СЛВ2.

2. Термов В,Л., Голикота O.A., Домэшевскля Э.П., Тростянский С.Н., '.(вздрогпнн М.М., Сорокина К,Л. "Плотность состояний и фотопроводимое 1'ь алпрфюго jqppKtsiV // ФГП, - ISG4. - 7.18, Ein. 10. - C.lCS?-ie99.

3. Терехов В.Л., 'Тростянский СЛ., Дсмге;еиская Э.П. "Особенности SJ/ ¡тп'онгмго строения кремния ионно-легироввнного мк:;;ь-ЯКОМ И cypb'-i'J'ij / У в ни * *, X хА Есесопзное соке'лачие по рентгеновской и олрктрешшй спектроскопии: Тез. докл. - Иркутск, ISc-'i. -С.71.

4. Терехов В.Д., "роотякскг.Л С.Н., Дочаасвская Э.П. "Плотность состояний и электрсс'изкческ»'? свойства гидрированного аморфного кремния" // Гея. докл. Всйсовэйого совсг^нкя Химическая связь, электронная структуре и $изкко-химическио свойство полупроводников и полумет.пллпв. На линии, JSb 5. ~ С. 13.

Б. Терехов В.А., Тростяиснкй C.Ii., Дпмйжзвокая Э.Л.Эг.ектрзн-

поо строение к характер xir.3:s«»CRci! сьяэи i оме^и-чс пленках гидрированного !фе>ЗД!Й no ni'HHiiM yjih7p.-\ ;*;гкс" рМРГГСНОРСКОВ сиоктро» скопи« /М Ьсесоипмя конспренцпя "¡.'»енторая хи*чт л гп^ктроокс-

1.7

шш т/юрдого тела": Тез. докл. ~ Свердловск, 1966. - C.ÍVI,

6. Терехов В.Л., Тростянский С.И., Демамевская Э.П. Иссле-поойииа гидрированного аморфного кремния Методом ультрамигкой "!!';ктраспопии // УП Всесоюзная конференция по рентгеновскому ялкуутюму ультрафиолету и его лзпимоцейетвкю с веществом: Тез, H.OIÍл. - Рига, IÍ-B6. - С.90.

7. Определенна концентрации ояектричеек.и активной донорИоП примеси в поверхностных слоях кремния после иыплянтаиии и рая-личннх отжигов метоцом УМРС / В.А.Терехов, С.Н.Тростянский, Н.М.Мецвецев // Всесоюзная конференция "Диагностика поверхности": Тез. докл. - Каунас, 1906. - С.67.

8. Density of stateo and photooondud tlvi ly of hytf rogona teil

amorphous ailicon / V.A.Tprekho-v, 3 .W.Eroofcyaniild 1, Н.Г.Поп-а-

ahevskaya, O.A.Goíikova. M.M.Uezdrogina, IC.b.floreklua //

Fiiya.Stat.Sol. (b),- V.I30,-K2.- Г.б<И-6г>3,

. S. Localized. gtatea of silicon implantad bar^ou /

V.A.Terokhov, Yii.K.Iinoebenlto, 3.li,Tro-»tyansJti.l, B.P,J)omah<av-

akaya // Abntr. 14-th Intern. Gonf. on Я-гау «nd Innor-¡5ho!4 iroceasoa.- Parla. Prance, Г907,- J>, o-o 22.

10. Плотность электронных состояний в поверхностных слоях кремния, имплантированного сурьмой при термическом и оптическом отгкигах / В.А.Терехоп, С. II. Тростянский, Н.МЛЛецнецев^.П.До-маюеаская // Поверхность. Физика, химия, чехвнмка, - 1987. -№ 10. - С.150-153.

П. Терехов В.А., Тростянский О.Н., Дпмшсвская Э.П. Влияние термического отжнгп на плотность состояний и электрофизические сьойстга аморфного гидрированного кремния // Физико-химические основы няцктости шкроэдектротчле структур. - Воронеж, 1987. - С.21-24.

12. Тростянский С.II., Терехов В,А., Дог/агоевскал Э.П.Электронное строение поверхностных слоев гидрированного аморфного кремния по данный ультрзмягкой рентгеновской спектроскопии // Межвуэовок. кенф. молоцих ученых "Наука и ее роль в ускорении НТП": Тез. докл. - Воронеж, 1907. - С.44. '

13. Исследования плотности состояний в ионно-леРированном кремнии методом ультрямягкой рентгеновской спротроагогам/Э.П.До-моюевская, В. А'.Терехов, Н.М,Медведев, С Л.Тростянский// Фунца-

ментальные волрос.н ионной имплантации. - Алма-Ата: Им ¡'-но "Неука" Каз. ССР, 196?. - С.181-199.

74. Терехлг В,Д., Тростяне.киЙ С.И., Медвг-'Тйг. И." .'••■иянке термического и оптического отвкгв но пдекгрэнчт» соссчтия кремния, тшлантярэрогаюг« сурьмой // ХП Всесоюзная ьгучнлсон*. чо (п'лсроелрктропике: Тез, цокл. - Тбилиси, 1967. - Т.З. - СЛ8Ь-lüö. •

15. Density oi atn-tijfj and pliotocoaductirlty in hydro.'.e- , nated imiori-hous tj.Llicoa / E.P.Doraoühevak&ya, 0.A.Go'iikoYo, T.A.Tfcrol&ov, ö .II.Trostyanakii // ¿.Kor.-Oryat.3ol.- I937.-V,90.~ Г.135-130 ' -

16, Рентгеновские спектры кре-мнил и аргоне, имплантмром.ч-ного в кремний / Э.П.Домашевская, В.Л.Терехов, С.Н.Тростянский, Р.К.Тимоиенно // ХУ Всесоюзное совещание по рентгеновской и электронной спектроскопии: Тез. докл. - Ленинград, 1988, - С, 126-127.

■ 17. Изменение плотности локализованных состояний в поверхностны): слоях аморфного гидрогонкэировянного кремния при ваку-умтершческнх отжигах / Б.А.Терехов, С.Н.Тростянский, А.Е.Селезнев, Э.Л.Дочгчпевскач // Поверхность, Стоика, хт'ия, механика. - 1988. - »?' С, - С.74-78.

18. Структурная сетка, уровень Ферми и плотность eoevo>iH;:ii пмор|«оро кремния / О.А.Голинопг, Э.П.Дсшвсевская, М.Я.Кпаонин, Ь.Х.Кудояропа, М.М.Мездрогина, К. .Сорокина, В.Л.Терехов,

С.И.Тростке,кий // ОТП. - 1969. - Т.Г.П. Выв. 3. - С.450-455.

19. З.А., Тростянски'! СЛ., Дог.аиелекал З.П, / Анализ особенностей атомного и электронного строения поверхностных слоев (X-Si-H по дпшшм ультрамягкой рентгеновской спектроскопии // Всесоюзная конференция "Ппгерхность-CS": Ten. пекл, Черноголовка, 1969. - C.IТ>.

£0. Ultras oft Х-гау eiiia&ion пи а metliod oi thin aeorphouc loj'era iDvesti^atioa / B.P.DotiitujJievnkiyo, U.K.Cesyatlrikova, Ц .Ii .'front,/biiskii , V.A.Tfirekhov // 2 l'achta.-iu-.i; - Sohichtnyriti-R,1 für Buv(Jjiftu,je Baucl?iil'nta der Kikro-, Opto,- Bioeloctrofiik und Optik.- Zfijri-lVirx-ütadt, I9B9.- n.&-3ß-S:iO

2]. Влипние тенпг-рчтурн на плотность о.х-юйниП и сюйст* й cv$i.:H / В.А.Терехов, С.Н.Тростянский, А.Н.Лукин, Н.!1.."бшсе-ва, З.П.Доманевская // Материалы мелдунвродиой конференции "Не-

кристаллические полупроподтеки - G9": 0.3 т, - Ужгород* "ШОУ. Т.Г!. - С.41-43.

22,. Струкгурнля се'.ка, n.wwjcTi» состоянии и уровень Qt>p..i f< 'фного гидрпровпнного креганш (\_~Si *И / ОЛ,Голикопп,М.М,Й8 п-.чш, В.Х .Нуцолропа, M. M .M?.-» дрЬгинэ К.Л,Сорокина, СЛЬТрлстяи-oivjt'i 1J Материплм междуияроцноИ кои.^еренпин "Некристаллические лолупрогзодпшш~в9" : В ГЗ т. - ,'Строги 1589. - Т.З. - С. 69-61.

ЛИТ.ЕРАТУРА

1. hi СояЛчг Г.О., iîjubr 'Ciепогду оt <1«шг;Пля-

bond ln f.-Oi //РЫ1,Май.!Я.-1ЭЗб.-У.53,1;г,-Т,Л-Ь.Т,

2. Особенности электронного строения поьерхчсстпнх сл^еп нонно-легпровенного кремния по дшним ультрочлгко!'. рентгеновской спектроскопии / В.Д.Терехов, 1Ï.M,Медведев, В.М.Андрееrief,

B.М.Кяпквров // Поверхность. Сиз., хин., мех. - ШМ. - ]>;• С, -

C. 91-96.

3. Лркулоз У. Иошю-стнмули]юнаннпя кристшишэенил ячорК , к« слоен кремния // Поверхность. - IÇt'f>. - У'9. - С.97-101.

4-. T>->r U.C., Forturr П.Т, » Kor*nfc|*h J.M. ¿iroton-

reduced Ь X~vay Hj;»otr-.im of argon // Iliyîtic'i TiotU ri!.-1)7).-V.42A, I!5.-ï.337-33fi. —

(^^baeZZt .

Заказ 600 от I6.i0.air. тир. 11)0спя. 0сй-?м Г ил. ■1юрг,:гзТ 60x90 I/F>. Сметная лаборатория »>17,

омлПЛО/,/.»