Исследование особенностей распределения ионно-внедренных примесей в германии и кремнии после высокотемпературных радиационных воздействий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

Р Г 6 од

1 , На правах рукописи

шарипов эрш отамуродович

УДК 537.311.33

исследование особенностей распределения ионно-внедренных

примесей в Германии и кремнии после высокотемпературных

радиационных воздействий

01.04.07 - физика твердого тела

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент - 1994

Работа выполнена в ИЭ АН РУз и ИФП СО РАН

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук ЧИРВА В.П.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Член-корр. АН РУз, доктор физико-математических наук, МАМАДАЛИМОВ А.Т.

доктор физико-математических наук НИРСАГАТОВ Ш.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

НИИПФ Ташкентского государственого университета

/Г*"

/■) час

Защита состоится -Л- ¿М/УР^Ц1 1994 г. в /1 часов на заседании специализированного совета Д 015.15.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук в Институте ядерной физики АН РУз по адресу: 702132, г.Ташкент, Мирзо Улугбекский район, пос. Улугбек.

С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке ИЯФ АН'РУз Автореферат разослан " __195^г.

Ученый секретарь специалийвроЙннс^'^ ^ совета, доктор физико-математических наук

Е.И.ИСНАТС

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ионное легирование является в настоящее время одним из основных методов создания полупроводниковых приборов на основе кремния и германия. Тенденция современной ■ микроэлектроники к изготовлению сверхбольших интегральных схем, а следовательно, к снижению размеров элементов и увеличению плотности их монта-яа, ставит новые задачи перед физикой и технологией ионной имплантации. Необходимость получения легированных слоев толщиной порядка десятков и сотен нанометров требует снижения энергии конов до единиц и долей килоэлектронвольт. При этом малое боковое рассеяние низкознсргетичных ионов способствует увеличению плотности расположения элементов. Аналогичные требования возникают и при легировании пленок в процессах их выращивания в условиях молекулярно-лу-чевой элитаксии (!Ш), когда для получения предельно резких профилей £аспределения'примеси используют ионы с энергией порядка килоэлектронвольта (или меньие). Ситуация в этом случае оказывается осложнена тем, что процесс осуществляется при повыпенных температурах, и ото монет привести к глубокому проникновению примеси за счет радиационно ускоренной диффузии (РУД).

Экспериментальные исследования показали, что РУД по сравнению с "обычной" термической диффузией обладает рядом важных особенностей, к которым можно отнести: существенное снижение температур введения примесей, достижение сверхрезких профилей и профилей распределения с двумя максимумами, проведение диффузии примесей в локальные области кристалла!

Несмотря на активное применение ионной 'имплантации, физика протекающих при этом процессов генерации дефектов и проникновения примеси изучена недостаточно.

Целью настоящей работы является исследование особенностей распределения примесей бора и фософора в кремнии и германии после высокотемпературной ионной имплантации, а такзсе процессов дефектооб-разования в формированных структурах при протонном облучении.

Для достижения этой цели сформулированы следующие задачи:

1. Определить'профиль распределения концентрации носителей заряда после внедрения ионов бора и фосфора в кремний и германий при комнатной температуре.

2. Выявить особенности распределения и растворимости примесей бора и фосфора после высокотемпературного облучения и отхига.

3. Исследовать изменение времени жизни неосновных носителей заряда и коэффициент выпрямления вольт-амперных характеристик .формированных ионной имплантацией структур.

4. Изучить влияние температуры облучения на процесс дефектообра-зования в формированных структурах.

Для решения поставленных задач в работе использовались следующие методы и технология обработки образцов:

1. Химическое травление германия и анодное окисление кремния.

2. Измерение проводимости и концентраций носителей заряда по эффекту Холла и методом Ван-дер-Нау.

3. Нестационарная ёмкостная спектроскопия.

4. Методика определения времени жизни неосновных носителей заряда путем измерения вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1. Впервые исследованы профили распределения ионно-внедренных примесей бора и фосфора в п-йе, отличительной особенностью которого является то, что для устранения объемной проводимости электронное облучение исследуемых образцов проводились перед измерениями электрофизических характеристик.

2. Установлено, что отличие профилей распределения бора и фосфора в ионно-легированных слоях (ИЛС) германия после облучения при комнатной и повышенных температурах обусловлено отсутствием аморфи-зированного слоя при высокотемпературном облучении и их наличием при облучении комнатной температуре (КТ).

3. Определена растворимость бора при ионном легировании германия, максимальное равновесное значение которой близко к <2.-тЗ). Л018см~3 и выявлена слабая зависимость поверхностного сопротивления ИЛС от дозы ионов и температуры отжига.

4. Обнаружено, что зависимость профиля распределения бора и фосфора в кремнии после ионной имплантации при повышенных темлер-ратурах имеет немонотонный характер, что связано с немонотонным изменением диффузионной длины дефектов (вакансий) с максимумом при температуре облучения 900°С.

5. На основании исследований распределения примесей после ион-

ной имплантации при различных температурах с одновременным и последующим отжигом установлен факт несовместимости отяига и "горячего" облучения, что обусловлено взаимодействием введенной примеси с радиационными дефектами.

6. Установлено, что за сильную компенсацию базы облученных протонами кремниевых р-n структур, полученных ионной имплантацией бора, ответственны акцепторные уровни, расположенные в нижней половине запрещенной зоны и уровень Ес- 0,53 зВ.

7. Обнаружено, что максимальная концентрация дефектов в кремнии образуется при температурах облучения протонами 300°С на расстоянии 1 мкм от границы р-n перехода, полный отяиг которых происходит при температурах выше 600°С.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Развитый метод определения профиля распределения борл и фосфора в (ИЛС), расположенных на изолирующей подложке, основанный на измерении проводичости Ш1С после электронного облучения.

2. Результаты исследования профиля распределения примесей бора и фосфора в ионно-легированных слоях германия при различных температурах облучения: вывод о том, что отличие профилей распределения примесей обусловлено степенью аморфизации ИЛС.

■ 3. Факт несовместимости после имплантационного отаига и "горячего" облучения, связанный взаимодействием введенной примеси с . компонентами радиационных дефектов.

4. Храктер формирования немонотонногопрофиля распределения бора и фосфора в кремнии после высокотемпературной ионной имплантации, обусловленный изменением диффузионной длины дефектой.

Научная значимость и практическая ценность работы заключается в том, что экспериментальные результаты исследований высокотемпе-ной ионной имплантации бора и фосфора в германии и кремнии существенно дополнили представления о профилях распределения примесей III, V группы в кремнии и германии после "горячего" внедрения. Конкретные результаты и выводы данной работы могут быть использованы при разработке технологии процессов ионной имплантации. Сформулированные представления имеют несомненное значение для теории ионного легирования. На основе полученных результатов выработаны практические рекомендации по изготовлению выпрямительных диодов с

улучшенными свойствами, получаемых при бомбардировке ионно-легиро-ванных р-n переходов электронами подпороговой энергии, создании радиационно-изолирующей области в этих переходах с использованием облучения протонами высоких энергий.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались:

1. На Международной конференции по ионной имплантации в полупроводниках и других материалах ( Вильнюс, 1983 г.)

2. На XIX Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике ( Ташкент, 1984 г.)

3. На III Всесоюзной конференции по и.онко-лучевой модификации полупроводников и других материалов в микроэлектронике ( Новосибирск, 1991 г.)

4. На семинарах лаборатории радиационной физики ИФП СО РАН и кафедры общей физики НФ Таш ГТУ им.Беруний.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 9 работ. Объем и структура диссертации: Работа состоит инвведения, пяти глав, заключения и списка цитированной литературы из. названий, изложена на страницах машинописного текста включая рисунков и таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИЙ

Во введении обоснована актуальность теми исследования, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, научныеполояекия, выносимые на защиту.

В первой главе приведен детальный обзор литературных данных по основным представлениям ионно'"< имплантации об образовании и накоплении дефектов при облучении материалов, о возможности глубокого пронжнэвенияпримеси за счет каналирования, о меадоузельной диффузии, о проникновении примеси в германий и кремний за счет радиаии-онно-ускоренной диффузии, что позволил определить основное направление исследования диссертационной работы.

С учетом результатов проведенного анализа и в соответствии с поставленной целью сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе излагается технология и методика эксперимента.

Имплантация ионов в, Р в кремнии и германии проводилась ча промышленных установках типа "Иолла" и "Везувий" с плотностью тока 0,1-1 мк А/см" при температурах мишени в Се 20-400°С и для до 1250°С. Минимально возможная энергия ионов при облучении на установке "Иолла" составляла 3 кзВ. В качестве подложек использовался германий и кремний п- и р-тша с удельным сопротивлением 2 Ом. см (ГЭС-2) и КЭФ-4,5; КЭФ-15.

Перед облучением образцы кремния выдергивались в атмосфере кислорода при температуре 1100-1200°С до получения окисной пленки толщиной 0,1-1 мкм, которая затем снималась в концентрированной плавиковой кислоте. Данная операция проводилась с целью удаления возможных нарушений в поверхностном слое.

Ионы фосфора с энергией 50 кэВ в Се внедрялись при температурах 20,200,300 и 400°С. Доза ионов составляла 1014 и 1015см~2, отжиг проводился ступенчато и медленно при температурах 350, 500 и 690°С в вакууме'. После отжига вплавлялись контакты из чистого олова. Используя этот эффект нами предложена новая методика определения концентрации и подвижности носителей заряда в слоях, расположенных на изолирующей подложке. Если германий п-типа проводимости облучить при КТ быстрыми электронами, то сопротивление образца, измеренное при низкой температуре, резко возрастает. Для компенсации проводимости образцы облучались электронами-с энергией 3,5 мэВ. Энергию 'выбирали такой, чтобы при 78 К удельное сопротивление поддонки превышало 105ом.см.

Распределение концентрации и подвижности по глубине определялось измерением при 78 К слоевого сопротивления по эффекту Холла при послойном стравливании тонких слоев с поверхности легированного образца. Для послойного стравливания применялся травитель на основе перекиси водорода.Экспериментально определенная скорость травления

при 12°С составляла 130±20 А/мин.

Для вычисления профилей распределения концентрации и подвижности электронов и дырок применяли обычную операцию графического дифференцирования зависимостей од(й) и са(<1).м3ф(<1). с1 - расстояние от исходной поверхности образца, ов((1) и ^эф(<1) - поверхностная проводимость и эффективная под-

вижность электронов и дырок в образце после стравливания слоя толщиной а.

Графически дифференцируя в любой точке ИЛС, определяли профиль распределения объемных подвижности и концентрацию носителей: Дшз Да До

Моб=(—в); / (—поб=(—Ч 7 е Н

00 дд I дй 1 00 Дй 1 1

Стандартные шайбы из кристаллов кремния п-типа разрезались на образцы прямоугольной формы шириной 5-7 мм и длиной 45-50 мм. Облучение производилось под ионным лучом, в момент облучения образцы были неподвижны.

Внедрение ионов проводилось при комнатной температуре а также при высоких температурах до 1250°С (горячее облучение). Нагрев осуществлялся пропусканием тока 1-10 А через образец. Для этого перед облучением на концах образцов создавались омические контакты. Температура облучаемой пластины определялась по калибровочной кривой зависимости температуры облучения от тока, пропускаемого через кристалл кремния.

■ Образцы, облученные при КТ, отжигались в инертной атмосфере азота, время отжига выбиралось равным времени облучения.

В ходе эксперимента было обнаружено, что для образцов, облученных фосфором в интервале температур 700-800°С, профиль концентрации носителей заряда определить не удается. Поэтому для активации примеси проводился доотжиг этих образцов при 900°С 10 мин. Такая температура достаточна для активации примеси образцов, облученных при комнатной температуре, а за малое время отжига не происходит диффузионной разгонки, существенно изменяющие профиль концентрации носителей заряда.

Для последовательного снятия с поверхности кремниевых пластик тонких слоев, применяли метод анодного окисления.

Спектр глубоких уровней (Г'У) исследовался- методом рЬТБ на автоматической установке.' Обратное напряжение на диоде не превышало 1-10 В. Окно скоростей эмиссий определялось величиной ^=10 мкс. Длительность заполняющего импульса ^=1000 мкс. Большинство измерений проводилось в режиме постоянной ёмкости, при С(Т)=Сопз1:.

Третья глава посвящена исследованию профиля распределения бора и фосфора в германии после высокотемпературной ионной имплантации.

Исследование электрофизических свойств ИЛС германия показало зависимость поверхностного сопротивления слоя от дозы ионов и температуры отжига- Применением послойного стравливания изучена проводимость в слоях, в которые внедрялись примеси III и V групп периодической системы элементов. Для построения профилей' концентрации носителей заряда применялись известные значения подвижности для обычного материала и экспериментальное распределение проводимости. После отжига при 600 и 650°С в ИЛС наблюдаются области протяженнос-

о

ти 800 а. Подобная дискретность глубин р-n переходов наблюдалась на кремнии.

Диффузионное размытие профиля наблюдается после длительного отжига при 650°С или после 10 минутного отжига при 690°С и согласуется с известными параметрами диффузии для атомов фосфора. Для объяснения экспериментальных данных следует предположить, что диффузия идет в две стадич: первая стадия - быстрая диффузия, обязанная большой избыточной концентрации вакансий, освобождающихся при отжиге аморфного слоя, вторая стадия - обычная термическая диффузия. Определена энергия активаций примесей на первой стадии, составившая 0,77 эВ. Для выяснения её роли проводили облучение ионами кремния с энергией 50 кзВ и дозой Ю^см-2. После отжига при 350°С снимали профиль распределения дырок - максимальная концентрация дырок составляла 2.1018см~3.

Анализ результатов исследования растворимости бора при легировании германия показал, что максимальная равновесная растворихгасть

1Я —3

бора в германии-близка к значению (2-f3).10 см . Ситуация после отжига при 350°С образца, облученного дозой 1015см~2(100кэВ) представляет собой перенасыщенный раствор бора в германии. Перенасыщение снимается последующим отжигом при. более высокой температуре. Наиболее эффективно перенасыщение снимается при температурах 500°С.

Обнаружено равновесное распределение бора на глубинах 0-^0,25 мкм. Такое проникновение примеси объясняется предположением об её большой подвижности. Концентрация вакансий из-за их высокой подвижности мала и электрически активной становится малая часть бора.

Проанализировано продвижение примеси в глубь кристалла с повышением дозы внедренного фосфора и температуры отжига. При увеличении температуры отжига возрастает значение подвижности электронов

в районе йр. Однако остаются неизменными на протяжении 0,15 мкм (Ир=0,04 мкм) в кристаллах, облученных при комнатной температуре И при 200°С.

14 —2

Сравнение образцов германия, облученных фосфором дозой 10 см при КТ, после изотермического отяига 500°С 15 минут иотяига при воздействии импульса рубинового лазера показало, что коэффициент использования составлял соответственно 20% и -63%.

Проведенные эксперименты по изучению распределения фосфора, внедренного в германий при температуре 20-400°С показали, что при облучении ионами фосфора при температуре 200°С примесь входит в состав (или декорирует) крупных дефектов. При 400°С они резко отличаются от таковых при низкотемпературном облучении, а максимум распределения электронов не совпадает с проецированным пробегом Ир ионов фосфора и смещен в глубь кристалла и для Тодд=20т400°С его можно представить в виде:

. И=М„ (1-ег£ . —) (I)

0 2/ТГ^

Параметры, вычисленные по выражению (I), представлены ниже:

тобл,°с Тотж,°С Н.-Ю"34 см 6 V10"5 см "об -см 43 В см2/с врасч.о см/с

20-200 300 400 20 400 500 500 500 690 690 3,1 1,8 .1.6 1,1 1,8 1,5 1,4 1,4 2,7 3,0 20.1019 1,0.1019 2,5.1018 6.1018 5.1018 2. Ю-16 1,4.10~14 1,4.10~34 2,8.10~14 1,1.10~13 16.10-16 1,6.10~16 1,6.10~16 2,5.10~13 2,5.10~13

Вычисленные из данных, приведенных в таблице', коэффициенты диффузии оказались меньше расчетных. Наиболее вероятная причина замедленной диффузии в стартовом положении примеси - в наличии большой концентрации дефектов. При температурах отжига 500°с на профиль распределения фосфора оказывает существенное влияние следующие процессы: освобождение примеси из крупных дефектов, взаимодействие с простейшими радиационными дефектами, быстрое перемещение примеси

- И -

по межузельным положениям, испарение примеси с поверхности. Продемонстрировано, что при увеличении температуры облучения возрастает максимальная концентрация фосфора, достигающая значений, превосходящих предел растворимости. Эффект наблюдался при температурах облучения выше 300°С. При повышении температуры облучения все большая часть примеси проявляет электрическую активность.

В четвертой главе описаны результаты экспериментальных исследований по распределению концентрации электронов в кремнии после внедрения ионов фосфора при повышенных температурах. При повышении температуры внедрения концентрация электрически активного фосфора на глубинах 0-0,5-мкм незначительна, но наблюдается значительная концентрация электрически активного фосфора на глубинах, больших 0,5-0,7 мкм (непосредственно после внедрения). При дальнейшем повышении температуры внедрения во всей облучаемой области проявля- . ется электрическая активность фосфора.

Для выяснения вопроса распределения концентрации носителей проводили внедрение ионов фосфора при 700°С. Оно приводит к появлению незначительной (2%) концентрации электронов, а после дополнительного отжига при 900°С 10 минут доля электрически активного фосфора возрастает до 50 %. При высоких температурах внедрения ( 1050°С ) доля электрически активного фосфора также возрастает, но протяженность легированного слоя несколько уменьшается. Фосфор достаточно тяжелая примесь и поэтому не возникает большой концентрации точечных дефектов, все они сосредоточены в разупорядоченных областях. При повышении температуры облучения все большее число точечных дефектов остаётся подвижным и этот поток дефектов ускоряет диффузию фосфора.

Изучение распределения концентрации дырок при "горячем" внедрении бора в- кремний показало, что в широком интервале температуры облучения 700-1250°С на распределение примеси оказывает влияние их взаимодействие с радиационными дефектами. Диффузионная длина дефектов немонотонно зависит от температуры облучения и наблюдается максимум при температурах облучения 900°С.

В процессе внедрения при КТ эффект легирования маскируется радиационными дефектами. При повышении температуры облучения часть радиационных дефектов отжигатся.При совмещении процессов отжига и облучения на эффект легирования оказывает влияние взаимо-

действие вводимой примеси с радиационными дефектами. Показано, что после облучения электрически активной является небольшая доля лрлмеси бора. Бри дополнительном отжиге основная часть бора запасена в электрически неактивном состоянии. При 300°С обычная термическая диффузия атомов бора еще не существенна и перераспределение атомов бора связано с ускоренной их диффузией по меадо-узелышм положениям. Бри повышении температуры облучения все большую роль начинает играть поверхность как сток и для радиационных дефектов, и для-примеси.

Таким образом, результаты исследований показали, что в широком интервале температур облучения (700-1250°С) на распределение примеси оказывает влияние их взаимодействие с радиационными дефектами. Диффузионная длина дефектов не монотонно зависит от температура облучения, наблюдается максимум при температурах облучения 900°С.

В пятой главе излагаются результаты исследований изменения времени жизни носителей заряда в результате облучения р-п переходов кремниевых структур протонами. Облучение ионами водорода приводит к образованию глубоких и мелких дефектов в запрещенной зоне: отношение низкочастотной (800 Гц ) и высокочастотной (1 МГц) емкостей облученных диодов позволяет судить об отношении концентраций мелких и глубоких дефектов, которое зависит от дозы ионов, температуры облучения и расстояния от границы р-п перехода.

Резкое увеличение концентрации электронов в случае облучения протонами с энергией 250кэР. (ионами водорода 500 кэВ) связано с образованием водородных доноров, которое сохраняется до температуры отжига 500°С. При этом вблизи самого перехода наблюдается область с пониженной концентрацией электронов. Максимум дефектов находился на расстоянии 1 мкм от границы р-п перехода, что совпадает с величиной проецированного пробега протонов с энергией 250 кэВ (Ир=2,5 мкм).

Отчетливо проявляется максимальная концентрация рекомбинацион-ных центров (время жизни минимально), если облучение проводилось при 300°С. Отжиг рекомбинационных центров наиболее эффективен в интервале температур 400-450°С.

Получены результаты исследований по дефектообразовании при облучении быстрыми протонами с мощностью, достаточной для разогрева материала. Образцы облучались потоком ионов водорода;:/гелия и про-

тонами на ускорителе Ван-де-Графа с энергией 1 мэВ. Анализ спектров дефектов проводился на установке ёмкостной спектроскопии (DLTS), позволяющей определить независимость концентрации и положение уровней в запрещенной зоне для каждого из радиационных дефектов, Исследовались дефекты, образующиеся как вблизи поверхности кристалла кремния (1 мкм), так и в области Rp, облученного при комнатной температуре и затем отоженного при 250°, 450°, 600°С. Хорошо впдны максимумы в спектрах, соответствующих дефектам с уровнями ЕС-ТИ8 зВ, Е^-0,23 эВ, Ес-0,27 эВ, Ес-0,4? зВ. Их концентрации равны 1013см"3, 5,1.1013см_3, 8,7.1013см~3, 1,4.1014см~3, общая концентрация дефектов, дающих глубокие уровни в запрещенной зоне, сос-

1А -Ч

тавляет 3,3.10 см .

Сравнение полученных результатов по "горячему" облучению кремния ионами бора и фосфора показывает, что поведение В и Р в случае' внедрения их при повышенных температурах идентично.

Несмотря на высокие температуры облучения (1050-Я250°С), полной активации примеси не происходит - глубина р-п (n-р) перехода зависит немонотонно от температуры облучения. Как для образцов, облученных бором, так и для образцов, облученных фосфором при T=700-f 1250°С, существует максимальная глубина проникновения примеси при температурах 900-И000°С. Для образцов, облученных при КТ только в первый момент происходит распад нестабильных при данной температуре комплексов дефектов, все остальное время идет обычная термическая диффузия. Для образцов, облучаемых при повышенных • температурах вместе с введением дефектов происходит и их диффузия. Облучение кремния при повышенных температурах приводит к ускорению диффузионных процессов в интервале температур от 720 до 1050°С для фосфора, а для бора с 720 до 900°С.

При высоких -температурах облучения, когда концентрация центров аннигиляции мала, а эффективность их понижена, время жизни вакансий может быть больше 10~4С. Проведенные оценки подтверждают возможность влияния на диффузионные процессы, возникающих при облучении вакансий, которых значительно больше, чем термических.

Проведенные сравнения показывают, что поведение бора и фосфора при облучении кремния при повышенных температурах имеют много общих особенностей.

ВЫВОДЫ

1. Исследованы электрические свойства ИЛС германия и установлена зависимость поверхностного сопротивления слоя от дозы ионов и температуры отжига. Путем послойного стравливания получены новые экспериментальные результаты по определению растворимости бора при ионном легировании германия, максимальное значение которого близко к (2 -г 3) 1018см-3.

2. Обнаружена большая глубина проникновения фосфора, внедренных при 20°С, с повышением температуры отжига и отклонение от теории ЛИШ, которая"связано миграцией избыточных вакансий, образующихся при отжиге аморфного слоя. Показано, что при длительном отжиге при 650°С или 15 минутном отжиге при 690°С большая часть примеси находится в электрически не активном состоянии. Выявлены условия повышения коэффициента использования примеси от 20 % до 63 % путем воздействия на нее импульса рубинового лазера.

3. Показано, что. при облучении при температурах 200°С примесь входит в состав (или декорирует) крупных дефектов. При увеличении температуры облучения до 300°С и-вышё возрастает концентрация фосфора и достигает значений, превосходящих предел растворимости. При этом выявлено, что на профиль распределения фосфора оказызает существенное влияние следующие факторы: освобождение примесей из крупных дефектов, быстрое перемещение примеси по междоузлиям, взаимодействие ее с простейшими радиационными дефектами, а также их испарение с поверхности.

4.Показано, что внедрение ионов фосфора при 700°С с последующим отжигом при 900°С приводит к возрастанию доли электрически активного фосфора от 2 до 50 % и уширению профиля распределения концентрации электронов, т.е. снижению градиента концентрации носителей заряда.

5. Обнаружено, что повышение температуры внедрения до 1050°С приводят к возрастанию доли электрически активного фосфора и уменьшению протяженности легированного слоя, т.е. возрастанию градиента и таким образом показано возможность регулирования профиля распределения фосфора в ИЛС кремния.

6. Установлено, что в широком интервале температур облучения (700-1250°С) на распределение примеси бора влияет взаимодействие их с радиационными дефектами. При этом выявлено, что диффузионная

длина дефектов немонотонно зависит от температуры облучения и наблюдается максимум при температурах облучения 900°С, в то время, как доля электрически активной примеси бора (коэффициент использования) монотонно возрастает от 2% при Тобд=720°С до 50% при Т0(зл= 1250°С.

7. Показано, что облучение протонами кремниевых р-п структур, полученных ионной имплантацией бора, приводит к образованию глубоких и мелких уровней дефектов в запрещенной зоне. Установлено, что при этом максимальная концентрация дефектов образуется на расстоянии 1 мкм от границы р-п перехода, что совпадает с величиной проецированного пробега протонов с энергией 250 кэВ.

8. Обнаружено, что при температуре внедрения протонов при 300°С эффективность введения рекомбинационных центров максимальна, заметный откиг которых происходит при температурах 400-450°С.

9. Показано, что эффект сильной компенсации при облучении про- '

тонами обусловлен образованием акцепторных уровней, расположенных

в нижней половине запрещенной зоны и уровнем Е„-0,53 эВ, которые

п

отжигаются только при температуре 450 0. При этом другие радиационные дефекты, ответственные за непрерывный спектр глубоких уровней полностью не отжигаются дане при температуре 600°С.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих публикациях:

1. Стась В.Ф., йарипов 3.0. Электрофизические характеристики ионно-легированных' слоев германия, полученных внедрением ионов фосфора // Электронная техника.- серия 6. Материалы, выпуск (126) 1379.-С.75-79. . '

2-Шарипов Э.0., Саидов U.C., Чирва В.П. Распределение внедренных ионов бора, алюминия, фосфора в монокристаллическом германии //Тез.докл.VII-Мелдун.конф."Ионная имплантация в полупроводниках-и других материалах". -Вильнюс, 27-29 сентябре 1983.-С.120.

3. Иарипов Э.0., Чирва В.П., Стась В.0. Распределение бора и фосфора в ионно-легированных слоях германия // Известия АН УзССР, еер.физ-мат паук.-1983.-.ад.-36-38.

4. Иарипос Э.0., Чирва В.II. Распределение примесей в германии при горячем ионном легировании // Тез.докл.XIX Всесоюзн. конф.по

эмиссионной электронике. -Ташкент, 1984.-С.167.

5. Шарипов Э.О., Стась В.Ф., Чирва В.П., Саидов М.С. Распределение внедренного фосфора в германии при горячем легировании //ДАН УзССР.-1985.-й 1.-С.23-25.

6. Шарипов Э.О., Маманов O.A., Стась В.Ф. Растворимость бора при ионном легировании германия // Известия АН УзССР, сер. физ-мат наук -1989.-Л 1.-С.83-85.

?. Шарипов Э.О., Стась В.Ф. Изменение времени лизни носителей заряда в кремниевых структурах при облучении протонами //Тез.докл. Всесоюзн.конф." Ионно-лучевая модификация полупроводников и других материалов микроэлектроники". -Новосибирск, 1991.-С.85.

8. Шарипов Э.О.,Стась В.Ф. Распределение концентрации электронов в кремнии после внедрения фосфора при повышенных температурах //Узбекский физический журнал.-1992.-й 5.-С.

9. Шарипов Э.О., Стась В.Ф. Распределение концентрации дырок при "горячем" внедрении бора в кремний // Узбекский физический журнал. -1993.-J6 . С.

10. Шарипов 3.0. Диффузия фосфора из ионно-легированных слоев германия //Тез.докл.VI городской научно-технической конференции. -Навои, 1980.

И. Шарипов Э.О.,Стась В.Ф. Исследование распределения ионов бора к фосфора в ионнолегированных слоях германия //Тез.докл.VII городской научно-теоретической конференции.-Навои, 1982.

12. Шарипов 3.0., Стась В.Ф. Влияние температуры кристалла кремния на дефектообразование при облучении быстрыми протонами //Тез. докл.научно-технической и практической конференции.-Бавои,1993. С. 49.

Юкори температураларда кремний ва г^рманийга радиация таъсирида ион холда киритилган аралашмаларнинг таксим-ланиш хусусиятларини урганиш Шарипов Э.О.

Кискача мазмуни

Ушбу диссертация кремний ва германийга юкори температурада ион холда киритилган бор ва фосфор аралашмаларининг таксимланиш хусусиятларини Урганиш хамда р-п Утишда протон таъсирида хосил булган нуксонларни урганишга багишланган.

Бор Еа фосфорнинг таксимланиш хусусиятлирини Урганишни ривохпан-тириб ионлашган катламни улчашда электронлар билан нурлантириб гер-манийда турли температураларда киритилган ионлар таксимланиши амор-физация даражасига богликлиги топилди.

Фосфор 20°С да киритилганда энг узокка (чукуррок) кириши аник-ланди, киздириш температураси ошган сари назариядан четлашиши аморф катламнинг кизишида хосил б?лган кУшимча вакансияларнинг кайта так-симланишига богликдир.

Турли температураларда германий ва кремнийга киритилган ва киздириш асосида аралашмалардан фойдаланиш коэффициентини ошириш усули аникланди.

Аралашмалар киритиш температурасини ошириш билан катта нуксон-лардан кутулади (азгралади), радиация нуксонлэри билан таъсирлашиши аралашаларкинг таксимланишига катта таъсир килади.

Юкори температураларда кремнийга киритилган аралашмаларнинг но-текис таксимланиш нуксонлар диффузия узунлигининг нотекис узга-рувчанлиги сабабли булиши Урганилган.

Аралашмалар таксимланишини урганишда маълум булдики, бир вакт-нинг узида. киздирилганда киритилган ионлар ва кйритиб, сунг кизди-рилгандаги ионлар таксимланиши узаро мое келмаслиги, киритилган аралашмаларнинг нуксонлар билан .таъсирланишидаги богликлиги тас-дикланди.

Кремнийга бор киритилгандан сунг хосил булган р-п Утишни протон-лар билан нурлантирганда ман килинган сатхда нуксонларнинг кУшимча сатхлари хосил булиши киритилган протонлар югуриши йулига боглик- -лиги топилди. '

Баъзи бир нуксонлар хосил булиш механизми ва табиати мухокама килинган.

Study of particularities of the distribution of ion implanted impurities in silicon ancî germanium after high-temperatsre radiation influence Erkin Sharipov Abstract

This work is dedicated to investigation of the particular distribution of boron and phosphorous dopants in silicon and germanium after high-temperature ion-implantation, also the defect-production in the formed structures under proton irradiation. . Using the developed method for determining a profile of boron and phosphorous distribution in the ion-doped layers (IDL), which is based on measurement of conductivity of IDL after electron- irradiation, it was found that the difference between the impuruty distribution profiles in the germanium undergoed to the ion implantation at different temperatures is due to change of IDL's amorphi-sation degree.

The phosphorous implanted at 20°C was found to penetrate to a large depth as an annealing temperature grows, that gets off the theory of migration of the exceeding vacancies generated at the amorphous layer annealing.

The conditions were revealed for increasing an efficiency of germanium and silicon doping by means of radiation of an irradiation and annealing temperature and effect of ruby-laser pulses. •

It has been shown thaj as an irradiation temperature grows, -the impurinies, which were incorporated to large defects, are released and then, moving fast over interstitials and interacting with radiation defects, influence sufficiently on the distribution profile. The character of non-monotonous distribution profile of boron and phosphorous in the silicon after the high-temperature ion implantation has been proved to be due to the non-monotonous diffusion length of defects. Basing on research of the impurity distribution after the implantation at different temperatures with simultaneous and subsequent annealing, the fact of incompatibility of the annealing and "hot" irradiation has been established being caused by interaction between the impurities and defects.

Possible mechanisms foi; the defect production and the defect nature are discussed.