Исследование пространственного распределения точечных дефектов в полупроводниках, облученных высокоэнергетичными ионами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

од

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТСЛУПРОВОДНИКОВ

;На правах рукописи) РЫБИН АНДРЕИ ВАЛЕРЬЕВИЧ

УДК 621.315.592

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, ОБЛУЧЕННЫХ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНЫМИ ИОНА]®.

(01.04.10 - {изика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

НОВОСИБИРСК 1995 г.

Работа выполнена в Иституте физики полупроводников СО РАН и Новосибирском государственном университете.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Двуреченский А.В.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Вайс „:урд Д. И. кандидат технических наук Ободников В.И.

Ведуи^я организация:

Нижегородский государственный -укиверотет им. Н.И.Лобачевского

Защита диссертации состоится '^0'' Н0и& 1995 г. в ^ ч?"ов на заседании специализированного совета К 003.05.01 по присуждению ученой степени кандидата наук при Институте физики полупроводников Сибирского отделения РАН (ЬЗООЭО, Новосибирск 90, пр. ак. Лаврентьев-1, 13)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Инстиаута физики полупроводников ы РАН Автореферат диссертации разослан З-Ч- 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор

физико-математических наук

А.В. Двуреченский

(

ОБЩАЯ ХРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы; Имплантация ионов высоких энергий сегодня рассматривается как одно из возмог-чых решений задачи повышэния степени интеграции микро электронных приборов путем формирования трехмерных многослойных структур, как операция создания изолирующих и проводящих слоев, а также в качестве способа локальной модификации структурных свойств материалов [1-3]. В настоящее время имплантация ионов о энергий ~ 1 МэВ/ион начинает успешно применяться для производства интегральных схем с повышенной плотностью активных и пассивных элементов. Использование в технологии МэВ - ной имшгнтации позволило сущ ственно сократить число технологических операций и те- самым снизить себестоимость прогукции.

Несмотря на то, что основные закономерности процессов дефект образования (ДО) в твердых .телах (ТТ) облученных ионами средних энергий (Е ~ 10 кэВ/а.е.м.) изучены достаточно хорошо, закономерности ДО в ТТ облученных ионами высоких энергий (Е ~ I МэВ/а.е ,м.) исследованы слабо, хотя первые работы по данной теме появились более двадцати лет назад. Тем не менее, уже в первых исследованиях было установлено, что увеличение энергии внег^яемых ионов до нескольких мегаэлектронвольт и выше ведет не только к количественному изменению параметров облученного глоя (например, к большой глубине залегания -римесного слоя-единицы и десятки микрон), но и к кач ственному изменению его дефектной структуры . Одной из физических причин качественно иного ДО в общем случае является значител?-тто более интенсивное электронное (неупругое) торможение по сравнению с ядерным (упругим). Поэтому проблема выявления, исследоват.. и интерпретации особенностей. "О в ТТ, облученных высокоэнергетичными ионами (ВЭИ) является принципиальной как.в

3 • 1

г^икладном, так и в фундаментальном аспектах.

Цель работы заключалась в исследовании механизмов и закономерностей образования дефектов при имплантации в полупроводники ионов Мэв-ных энергий.

Для достижения данной цели бил- поставлены следующие задачи:

1) Провести анализ эффективности образования дефектов в элементарных полупроводниках и некоторых соединениях за счет выделения энергии при неупругом торможении высокоэнергетичных ионов.

2) Исследовать распределения по глубине точечных дефектов в образцах кремния, облученных ионами с энергией ~ I ЫэВ/а.е.м. при различных температурах, провести сравнения с даншми по имплантации ионов средних энергил.

Научная новизна работы;

1. Предложен механизм образования дефектов при неупругом торможенш- ионов высок.энергий в неметаллических кристаллах. Образование дефектов по рассмотренному механизму происходит в рг-зуль'. .те одновременной ионизации высокоэнергетичным ионом глубоких оболочек соседних атомов и последующем образовании первичного дефекта за сче1. сил кулоновского расталкивания. Показано, что на участках пробега, где доминирует неупругое "орможение, число первичных дефектов, образующихся по данному механизму в ряде случаев сравнимо с числом первичных дефектов, образующихся за счет упругих столкновений.

2.■ Методом ЭПР определены распределения по глуГчне концентраций пленарных тетравакансий, пентавакансий, XV -центров в кремг м, облученном ионами N. 81 и Аб с энергией ~ I МэВ/а.е.м. при температурах 175 и 300 К в интервале доз ~ ТО14 - 101в см"2. Устанорпено, что. в образцах, облученных пи ^„„«ЗОО К распределения, по глубине концентраций

тетравакансий и пентавакансий на начальных участках пробега содержат концентрацио,тный максимум. Показано, что понижение температуры при облучении приь дит к уменьшению содержания тетравакансий в этой области пробега. Установлено, что образование максимума тетравакансий на начальных участках пробега обусловлено вторичными процессами взаимодействия дефектов.

3. Методсл нестационарной емкостной•спектраокопии .чубоких уровней (НЕСГУ) обнаружено, что облучение ионами Хе (Е=340 МэВ, Ф=3х10<2см~2, Тшпл«80 К) образцов кремния с введенными предварительно (путем протонной бомбардировки (Е=ЗСо кэВ, СЫО11 см"г, ±[1МШ1««300 К)) дивакансиями. А- и Е-центрами прок ходит исчезновение данных дефектов.

Практическое значение работы; полученные результаты важны для п строения теории потерь анергии высокоэнергг ичеекдх частиц при прохождении в твердом теле, а тага для технологии создания- приборов и интегралгшх схем на кремнии, алмазе и карбиде к'.-эмния (в Чости распределения по глубине точечных дефектов).

Достоверность и надежность результатов работы подтверждается -ольиим количеством исследованных образцов, статистической обработкой получр'шых данных и сопоставлением с имеющимися литературными данными.

Апробация работы. Результаты диссертационной рабе I представлялись на двух международных конференциях: "Ионно-лучевая модификация материалов", сентябрь, г.,

Гейде/ -.берг, Германия. "Технология ионной имплантации", игаь, 1994 г., Катания, Италия, на Российской конференции с участием зарубежных ученых "МтфОэлектроника-94", ноябрь, 1994, Звенигород, н" восьмой конференции по радиационной

>

фияике и химии неорганических материалов "РФХ-8", ноябрь. 1993 г., Томск, а также на втором Всероссийском семин^е "Физические и физико-химические основы ионной имплантации", сентябрь, 1994 г. Шжйий Новгород.

Публикации. Основные результаты работы содержатся в десяти научных публикациях, список которых приведен в конце автореферата, х Автор защищает;

1. Механизм дефектообразования в неметаллических кристаллах, который заключается в ионизации одним высокоэнергетичным ионом глубоких оболочек сос, дних атомов и посльдувдем образовании первичных дефектов за сче'„' сил кулоновского расталкивания иош зованных атомов. На основе рассмотренного механизма показано, что в области пробега, где доминирует неупругое торможение, число цервичных дефектов, образующихся по данному механизму, при определенных условиях может быть сравнимо с числом первичных дефектов, вводимых за счет упругого торможения иона.

2. Результаты исследований пространственного распределения парамагнитных точечных дефектов в Б!, облученном высокоэнергетичным^.ионами. Установлено, что:

а) распределение по глубине п^анарню. тетравакансий и пентавакансий в облученном ионами при Г^^^ЗОО Н характеризуется двумя максимумами, один из которых расположен вблизи конца пробега, а другой - ближе к поверхности;

б) образование ближайшего к поверхности максимума происходит в результате вто^ччных процессов взаимодействия дефектов, вводимых при ионной имплантации.

3. Результаты исследований методом нестационарной емкосчаой спектроскопии г'убоких уровней распределение: по глубине

б

дивакансий, А- и Е-центров, введенных в протонной

бомбардировкой (Е=300 кэВ, Ф=1хЮ" см"2, 1^^=300 К), до и после облучения ионами Хе (Е 340 МэВ, 0^1x10" см"1, Ф2=3х10" см"2, Т^дщ^О К). Установлено, что облучение в! ионами Хе приводит к исчезновению предварительно введенных данных дефектов.

Структура и объем диссертации;. Диссертация состоит из введения, чзтырех глав, заключения и списка "чтератур-.ч Общий объем диссертации составляет 140 страниц, из них 112 стран™ц машинописного текста, 25 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 157 наименований.

КРАТКОЕ содшшда РАБОТЫ ;о введении обосновывается акт., альность выбранной темы исследования, формулируется цель работы, новизна и защищаемые результаты.

Первая глава носит обзорный характер. Пг водятся основные понятия теории торможения быстрых заряженных частиц в твердых телах, ; осматривается и обсуждаются процессы образования и отжига дефектов в диэлектриках, металлах и полупроводнг'.ах облученных ионами высоких (Е > I МэВ/а.е.м.) и средних (Е«10 кэъ/а.е.м.) энергий. На основе анализа результатов опубликованных ^абот в конце главы формулируется вывод о том, что интенсивность' процессов образования дефектов и их отжига

о

за счет высокого (~1 КэВ/А) энерговыдел^ния при неупру^ом торможении в твердых телах ионов высоких энергий , ^ значительной степени определяется физико-х ,шче сними сво^твами, присущими конкретному материалу, например такими как плотность состояний вблизи уровня Ферми, температура плавления, подвижность первичных дефектов, время жизни электронных вакансий в глубоких электронных оболочках ат, :.;ов

твердого тела, константы деформационного потенциала и др.

Во второй главе описана методика эксг.зримента и обрабо.ли экспериментальных данных.

В экспериментах • использовался промышленный кремний, выращенный по методу Чохральского или полученный зонной плавкой, легирсданный бором (р ~ I кОмХсм). Образцы имели форму прямоугольных параллепипедов с гранями, параллельными кристаллографическим плоскост..:л (НО), (НО), (001). Размеры образцов составляли (в миллиметрах) 10 х 5 х О.Э.

Облучение образцов высокоэнергетичными ионами проводились в научном центре Россендорф (Германия) на ис чом ускорителе типа "ТАНЦЕМ", а также на циклотроне Ура. ъского политехнического института 'г. Екатеринбург, Россия). Энергия ионов составляла ~ I МэВ/а.е.м., плотность тока в пучке ~ 100 нА/см2. Образцы жестко кре^лись к стальному предметному столику, для надежного теплового контакта на необлучаемую их часть наносилась индий-галлиевая паста. При облучении на циклотроне предметный столик для предотвращения перегрева образцов охлаждался холодной пробочной водой, при этом температура не превыше"а 320 к. При облучении образцов на ускорителе типа "ТАНЦЕМ" предметный столик помещался в специальную камеру с автоматическое регулировкой температуры в интервале 175 * 300 к.

Спектры ЭПР записывались на спектрометре фирмы "Varían" в X - диапазоне СВЧ (9 ГГц) при комнатной температуре. Построение профиля распределения концентрации парамагнитных дефектов по глубине производилось путем измерения интенсивности сигнала ЭПР при последовательном снятии слоев кремния с облученной стороны. В случаях, когда спектр ^ПР представлял собой суперпозицию сильно перекрывающихся линий,

обусловленных парамагнетизмом различных дефектов, для определения интенсивности и ширины каждой линии производилась численная обработка спектра ЭПР. А именно, методом градиентного спуска производилось разложение спектра на составляющие, в предположении что каждая линия имеет форму Лоренца или Гаусса. Относительная ошибка при измерениях интенсивностей линий спектров ЭПР, обусловленных парамагнетиком точечных дефектов, присущих кристалоческой фазе кремния, составляла не более -ЗЯ, а при измерениях интенсивности линии, обусловленной парамагнетизмом уу-центров - не более -&%. Послойное удаление материала осуществлялось при помощи механической полировки с использованием алмазной пас, (диаметер зерна < I мкм.). Толщина удаленного слоя определялась путем взвешивания образца до и после полировки на аналит ческих весах марки ВЛР-20 о точностью взвешиваттчя IТ7 г. Абсолютная ошибка при определении толщины удаленного слоя для указанных выше размеров образцов не превышала 0.1 мкм.

Для отделения полного содержания парамагнитных центров в образце исследуемый сигнал сравнивайся с сигналом -гг эталонного образца с известным числом спинов.

Е третьей главе рассматривается механизм образования дефектов при неутругом торможении ионов высоких энергий в гзметаллических кристаллах. Образование первичных д-.фектов в рамках данного механизма, происходит в результате ионизашт! одним высокоэнергетичннм ионом глубоких оболочек соседних атомов и последующем образовании первичного дефекта 'а счет сил улоновского расталкивания.

Поскольку процесс ионизации глубоких оболочек атимов матрицы высокоэнергетичннм ионо. можно рассматривать как однородный поток независимых друг от друга событий, то исхс.,я

из статистики Пуассона вероятность ионизации одним ионом глубоких оболочек двух атомов, расположегч^л. в соседних уз. лх кристаллической решетки будет определяться следующим выражением:

ф = 1 - ехр(-а/Ь) - (а/Ь)ехр(-а/Ь) (а - среднее межатомное расстояние, Ь-свободный пробег иона между последовательными актами ионизации глубоких оболочек). Распределение вдоль пробега первичных дефектов (Ш/йх, образованных по данному механизму, определяется следующим выражением:

сШ/йх = ф/а = о<1 С

• вероятность образования первичного дефекта и". двух соседних атомов с ионизовак-лми глубокими оболочками, ал -сечение неупругого дефектообразования, С - концентрация атомов мипени). (

Вероятность образования первичного дефекта согласно [4-6] определяется как:

- время, которое необходимо для приобретения атомом энергии, достаточной для общения в межузельное положение, ^ - время существования заряда на атоме с ионизованной глубокой оболочлой. При этом, тл.= (2МЕЛ11) ,а/Р). Проведенный анализ показал, что:

1. Данный механизм дефектообразования может быть эффективным только при облучении твердых тел высокоэнергетичными ионами и практически неэффективен при облучении твердых тел электронами, т-«вантами и ионами средних энергий, поскольку во всех случаях ф « 1.

2. Наиболее эффективно образование дефектов в рамках данного механизма будет происходить при облучении' неметаллических

кристаллов (состоящих из легких атомов с Ы < 20 а.е.м.) ионами с энергией > M^eVh* (t^ - масса атома,. гт-порядковы' номер атома мишени, е - элементарный з&ряд, h - постоянная Планка), поскольку в данном случае ф ~ 1, т < г^ю'^+ю"13 е., (т.е. Wd~i) и od » IQ-"5 см"2. Отсюда следует, что на у'"стках пробега, где доминирует неупругое торможение, сечение упругого образования дефектов почти на порядок меньше сечения неупругого дефектообразования (в рамках рассматриваемого механизма) [8].

На основе приведенных соотношений и с помощью программы TRIM [8] проведен численный расчет распределения по глубине первичных дефектов с учетом рассмотренного механизма. Устшовлено, что результаты расчета хорошо коррелируют с литературными эксперкмг чтальными данными по распределению точечных дефектов в алмазе и 'кубическом нитрид бо^а, облученных высокоэнергепчными ионами в диапазоне масс (10+60 а.е.м.) и энергий (1+8 МэВ/а з.м.).

В четвертой главе главе представлены результаты исследований методом ЭПР распределений по Глубине точечьых дефектов в обррзцах кремния (до и после отжига), облученных ионами N3*, si5* и As** о энергией ~ 1 МэВ/а.е.м. пр" температурах 17Е и 300 К, а такжё результаты исследований

О

методом НЕСГУ влияния неупругих по^рь энергии ("1.5 кэВ/А) в треке высокоэнерге тичных ионов Хе на трансформацию точечг х дефектов, предварительно введенных в кремниий протонной бомбардировкой.

В результате исследований установлено, что доминирук^ими парамагнитным точечными дефектами в облученном кремнии являются пленарные тетраваканеш и w-центры , а в облученных образцах, выдертаннк в течении 30 мин. при температуре 500 К

- уу-центры и пентавакансии. Распределение по глубине концентрации УУ-центров во всех .Зразцах качестве.шо коррелирует с распределением упругих потерь энергии внедряемых ионов. Ни для одного Из используемых режимов имплантации не наблюдалось образование сплошного аморфного слоя в объеме Э!, о чем свидетельствуют низкие концентрации УУ-центров в пике упругого торможения иона (~Ю*7 см"3) и наличие тетравакансий (дефектов, присущих только кристаллической фазе во всей

области пробега ионов (параметры имплантации представлены в табл.М). При этом, плотность энергии, выделяющаяся в пике упругого торможения имплантированных в 31 ионов N и (ТШЯ1Л=175 К) достигает величины *»1024 эВ/см3. Эта ь^личина является характерной для ооразох лния сплошного аморфного слоя в объеме для случая имплантации ионов средних энергий при аналогичных условиях. Согласно литературным данным , внедрение в ионог средних эн-ргий, при аналогичных приведенным в таблице I параметрах имплантации происходит полная аморфизация Готланд трованного слоя, для которого характерны концентрации УУ-центров «102С" см"э [7]. Предполагается что обнаруженное различие в процессе аморф зации связано с частичным отжигом дефектов при высокоэнергетичной ионной имплантации.

Распределения по глубине тетраьакансий в образцах кремния, облученных при температурах 175, 300 и 320 К имеют качественные различия. В образцах-, облученных при Тимпл=175 К, концентрация тетравакансий монотонно возрастает от поверхности и на некоторой глубине (х<Ир) достигает максимума.

Распределена по глубине тетравакансий в образцах кремния, облученных ионами при температурах 300 и 320 К не коррелируют с распределением как упругих, так и неупругих потерь энергии тилантируемых ионов и гчрактеризуются наличием дву::

Таблица I.

Ион Энергия (МэВ) Доза, (см-2) — Температура, (К) Плотность тока, (см2) Тип ускори теля

26.8 4x1015 175 150 ТАНДЕМ

26.8 8x101 5 300 150

16 6x1015 175 30

V 6x1015 300 30

28 6x1015 175 30

АЗ4+ • 40 3x1014 7x1014 . 300 200

16 2x1016 320 ВДКЛО-ТР01.

3+ N 16 2x1015 320

концентрационных максимумов. Один из максимумов расположен вблизи н , а другой - на начальном участке пробега, (1г«3 мкм;. Здесь необходимо отметить, что в интервале глубин 0<х<5 мкм слоевая концентрация тетравакансий в образцах кремния, облученных ионами при температуре 300 К (Е=16 МэВ, Ф=6хЮ15 см"2) почти в два раза превышает слоевую концентрацию тетравакансий в образцах, облученных ионами ы при температуре 175 К . Распределения по глубине пентавакансий -з образцах 31 (облученных ионами при 175 и 300 К и отожженных в течении

30 мин. при температуре 500 К) характеризуются теми гл особенностями, которыми обладают распределения тетравакансий. Слоевые концентрации пентавакансий приблизительно на 40% превышают слоевые концентрации тетравакансий в данных образцах до отжига,. Исходя из этого можно предположить, что при отжиге образование пентавакансил происходит за счьг вза; лодействия тетравакансий с вакансиями, образующимися в процессе отжига, а также при кристаллизации сильно разупорядоченных областей Таким образом, результаты эксперт"-нта (различие в слоевых концентрациях тетравакансий в интервале глубин 0-5 мкм для образцов Б1, облученных одинаковыми дозаш ионов N с Е=16 МэВ, и температурная зависимость распределения по г../бине тетравакансий) позволяют сделать вывод о том, что образование ближайшего к говерхпсти концентрационного максимума тетравакансий происходит в результате вторичных процессов, а именно, за счет взаимодействия первичных радиационных дефектов между собой и/или с дефектными комплексами. Результаты выполненного численного расчета распределений по глубине стационарных конпнтраций вакансий и межузельных атомов свидетельствуют о возможности образования концентрационного максимума дефектов вакансионного типа на начальных участках пробега высокоэнерге'гичных ионов, внедряемых в кремний при 300 К. Этот максимум исчезает при понижении температуры за счет уменьшения коэффициентов диффузг" первичных дефе тов.

Вопрос о механизмах генер.'. ии, распада и отжига точечных дефекто в полупроводник ~ х и металлах при внедрении ьысокоэнергетичных ионов с тормозной способностью в несколько

о

кэВ/А в настоящее время широко обсуждается в литературе. В следующем эксперименте методом НЕСГУ исследовалось вли те неупругих потерь энергии тгчантируемых в ионов Хе (Е-340

МэВ, Ф1=1хЮ12 -м'2. Ф2=3х1012 см"2) на трансформацию предварительно введенных, в С1 протонной бомбардировкой (Е=300 кэВ, Ф=1хЮ" см"2) дивакансий и А- и Е-центров. В результате исследования распределений по глубине концентраций точечных дефектов установлено, что облучение 51 ионами Хе (Ф= 10" м'г) приводит к существенному падению концентрации наблюдаемых дефектов (в 2-6 раз в зависимости от глубины), а при увеличении дозы Хе до ЗЧО12 см"2 концентрация дивакансий и А- и Е-центров у :еньшается до предела чувствительности методики, т.е более чем на порядок. Анализ вольт-амперчых и вольт-фарадных характеристик исследовавшихся барьеров Шоттки до и после имплантации Хе позволил склзочить возможность влияния на наблюдаемую интенсивность спектров НЕСГУ перераспределения примеси, образования . захороненных высокоомь х слоев (обусловленных радиационными дефектами) и т.д. Отсутствие электрически активных дефектов (в концентрации, достаточной для наблюдения методом НЕСГУ) на глубинах 0-10 мкм подтверздают отмечавшийся ранее [9-12] факт, ,аключаюпшйся в аномально низкой скорости введения дефектов при внедрении в ионов с тормозной способностью ~ 1 кэВ/А. Кро1«с! того, простейшие оценки эффективности дефектообразования с учетом расчетных значений упругих потерь ионов н+ и Хе [8] дают результат, существенно отличающийся от наблюдавшегося в эксперименте- концентрация первичных радиационных дефектов, введенных облучением Хе с энергией 340 МэВ при дозе Ю*2 см"', должна по крайней мере на три порядка превышать число дефектов, формирующихся при внедрении протонов с энергией 300 кэВ з максимуме упругих потерь (при дозе 10"см~2). с 1лъ сильное несоответствие св. .этельствует о существовании эффективного отжига формирующихся при

имплантации дефектов. В шших экспериментах помимо отжига дефектов, иодимых ионами Хе, происходит отжиг дефектов, введенных предварительной протонной бомбардировкой. Одно из возможных объяснений обнаруженного эффекта заключается е том, что высокий уровень электронных возбуждений в треке ионов Хе стимулирует отжиг дефектов, т.е. распад дефектных комплексов. Энергия, передаваемая в электронную подсистему кристалла при торможении ионов Хе, на начальном участке пробега достг-ает

о

величин ~ 1.5 кэВ/А. В то же время, как отмечается в литературе, отжиг дефектов начинает проявляться уже при

о

(dE/dx)e> 0.1 кэВ/А. В качестве возможного механизма подобного отжига можно рассматривать предложенную в [12] мчдель преимущественной релаксации электронных возбуждений в окрестности дефектных комплексов, в результате чего атомы, входящие в состав комплексов, приобретают значительную кш тическую энергию (~1эВ), что в свою очередь привод..г к распаду дефекта и последующей аннигиляции. Другая возможность связана с разогревом кристалла вдоль трека внедряемого иона (за счет перекачки энергии из электронной подсистемы в решетку), который, согласно оценкам [6], для Хе с энергией 340 МэВ может достигать значений ~ I02 С.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I. Предложен механизм образования дефектов в неметактических кристаллах'при неупругом торк кении быстрых з.ряженных частиц. Образов: *ие первичных дефектов в рамках данного механизма происходит за счет ионизации одной заряженной частицей глубоких оболочек соседних атомов и последующем образовании первичных дефектов за счет сил кулоновского расталкивагчя. Показано, что:

а) рассмотренный механизм дефектообразования может быть эффективным только при облучении тверды^ тел высокоэнергетичными ионами (Е^м г* е4Л1г);

б) число первичных .дефектов, вводимых по данному механизму, может быв сравнимым с числом первичных дефектов, образованных за счет упругого торможения иона;

в) наиболее интенсивное образование дефектов по рассмотренному механизму следует ожидать при облучении высокоэнергетичными зонами кристаллов, состоящих из легких (М^20) атомов.

2. Проведен численный расчет распределения вдоль пробега первичных дефектов с учетом предложенного механизма. Установлено, что результаты расчета хорошо коррелируют с экспериментальными данными по распределению точечных дефектов в алмазе и кубическом нитриде бора, облученных высокоэнергетичными ионами в диапазоне масс (10+60 а.е.м.) и энергий (1+8 МэВ/а.е.м.

3. Установлено, что доминирующими по концентрации парамагнитными дефектами в кремнии (р ~ 500 С л см, р-тип), облученном ионами Аз, Б!, N являются планарные тетравакан,.ии, V? и УУ-подобные центры. После выдержки данных образцов при те"пературе 500 К в течение 30 мин. доминирующими по концентрации парамагнитными дефектами являются пентавакансии и уу-центры. Сравнение с данными по облучению ионами средних энергий показало, '""о при облучены среднеэнергбтичными ионами в аналогичных условиях доминирующими парамагнитными дефектами в кремнии являются ГУ-центры.

4. Установлено, что величина плотности энергии «1024 эВ/см3, выделившейся в пике упругого торможения имплантируемых в в! ионов 31 (Е=£. МэВ, Г13Ш =175 К, Ф=4хГ01Э им"2) является недостаточной для обр"зовани. сплошгго аморфного лоя в

объеме по сравнению со случаем имплантации в аналогичнчх условиях ионов средних энергий (Е~10 кэВ/а.е.м.), для которого указанная вышевеличина плотности энергии является хорошо известным критерием образования сплошного аморфного слоя в объеме si. Предполагается, что обнаруженное различие связано с частичным отжигом дефектов в процессе зысокоггергетичной ионной имплантации. 5. Показано, что:

а) распределения по глубине ппанарных тетравакансий и пинтавакансий в образцах кремния, облученных ионами si и N при ТоддщжЗОО К обладают двумя концентрацио.пшми максимумами, одаш из которых расположен в конце пробега, а другой-блоке к поверхности (х<5 мкм, Rp«IO мкм), в то время как в образцах, облученных при 175 К распределение тетравакансий обладает максимумом, расположенным вблизи конца пробега и качественно коррелирует с распределением упругих потерь Е...ергии имплантируемых ионов;

б) образование ближайшего к поверхности максимума тетравакансий происходит в результате вторичных процессов (предположительно за счет взаимодействия первичных радиационных дефектов между собой в условиях пространственного разделения вакансий л межузельных атомов).

5. Методом нестационарной емкостной спектроскопии глубоких

уровней обнаружено, что облучение ионами Хе (F-340 МэВ,

12'"' 2 '

Ф=3х10 см" ) образцов г лемния с введенными протонной бомбар,бровкой дивакансиям", А- и Е-центрами (N ~ 10" см"3) приводит к снижению концентрации данных дефектов ниже предела чувствительности методики (n~io" cm"s).

Основные результаты диссертации опубликованы' в следующих работах:

[1] Dvurechenskj.1 A."., Karanovich A.A., Rybin A.V. Paramagnetic defects la silicon irradiated with 40 MeV As ions. -Nuol. Instr. andMeth., 199J, B80/81, p.620-623.

[2] Antoriova I.V., Dvurechenskii A.Y., Karanovich A.A., Rybin A.V., Shaimeev S.S., Klose H. Removal of Eleotrioal Active Defects in Silicon by 340 Ml Xe Ion Bombardment.-Phys. Stat. Sol. (a), 1995, v.147, K1-K3.

[3j Двуреченский А.В., Каранович А.А.. Рыбин А.В. Механизм дефектообразования в кристаллах при неупругом торможении высокоэнергетичных ионов. - ЖЭТФ, 1995, том 107, в1ш.2, с. 493-503. •

[4] Dvureche: 3kii A.V., Karanovich A.A., Rybin A.V., Grotz-schel R. Paramagnetic defects in silioon irradiated by 40 MeV Аз+ ions.-Abstracts of Eighth International Conferenoe on ION BEAM MODIFICATION OP MATERIALS. Heidelberg, Germany, September 7-11, 1992, p.212.

t5] Двуреченский А.В., Каранович А.А., Рыбин A.B., Белых Т.A., Урманов A.P. Взаимодействие электронных возбуждений с точе- ' чныьл дефектами в кремнии при торможении высокоэнергетичных ионов.-Сборник тезисов докладов 8-Я конференции по радиационной физике неорганических материалов РФХ 8, Томск, Россия, 10-12 ноября, 1993, с.125

[6] Двуреченский А.В., Каранович А.А., Рыбин А.В. Образование дефектов при не,гпругом тормож'чии ионов высоких энергий в полупроводниках.-Сборник тезисов докладов 8-й конференции по радиационной физике неорганических материалов РФХ 8, Томск, Россия, I0-.I2 ноября, 1993, с.126.

[7] Dvurechenskii A.V., Grotzschel к., Herrman P., Kogler R., Karanovio' A.A., Rybin A.V. Point defects с pth distribution in Si implanted with hef- energy ions. -Abstracts of X

International Conference n ION IMPLANTATION TECHNOLOGY, Catania, -taly, June 13 - 17, 1994, Р-Э.86.

[8] Antonova I. УDvurechenskii A. V., Karanovich A.A., Klose h., Rybin A.V., Shaimeev-S.S. Some point defects removal in silicon by 340 Me" Xe ion bombardment.-Abstracts . of X International Conference on ION IMPLANTATION mECHNOLO-GY, Catania, Italy, June 13-17, 1994, P-3.89.

[9j Dvurechenskii A.Y., Karanovich A.A., Rybin A.V. Subthre?'old mechanizm of defeots formation in high-energy ion irradiated _rystals. -Abstracts of X International Conference on ION IMPLANTATION TECHNOLOGY, Catania, Italy, June 13-17, 1994, P-3.90.

[10] Двуреченский А.а., Каранович А.А., Рыбин А.В. Механизм дефектообразования в кристаллах при пеупругом торможении высокоэнергетичных ионов. -Тезисы докладов Российской конфе-I нции с участием зарубежных ученых МИКРОЭЛЕКТРОНИКА.-94, Звенигород, PcjcHfl, 28 ноября - 3 декабря, 1994, с.59-60.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] La Ferla A., Rimini Е., Garnero A. et al. Measureme: ts and applications of high energy boron implants in silicon.-Nuol.Instr. and Met- ., 1991, B55, p.561-564.

[2] Fleischer R.L., Prioe P.В., Walker R.M. Nuclear Tracks in Solids. Principles and Application. University of California Press Berkeley Ln Angeles Londoi , 1975-, p.151.

[3] Ogawa T., Koelsoh R. MeV implantation technology: Next-ge-leration manu aoturing with ourrent-generation equipment. -Solid State Technology., 1993, v.11, p. 28-35.

[4] Карпов В.Г., Клик-ер М.И. Механизм радиационного дефекта-образования при электронных переходах в примесных полу-

проводниках.-' Фиь. и техн. подупров., 1978, т.12, вып.10, C.I887-I898.

[51 Вавилов B.C., Кекелидзе Н.П., Смирнов Л.С. Действие излучений на полупроводники. М.: Наука, 1988, 190с.

[б] Винецкий В.Л., Холодарь Г.А. Радиационная физика полупроводников. Киев: Чаукова Думка, 19^9.- 335с.

f7] Герасименко Н.Н., Двуреченский А.В., Смирнов Л.С. О парамагнитных центрах образующихся при облучении кремния ионами. -Физ. и техн. полупр., 1972, т.б, вып.б, с.1111-1114.

[8] Ziegler Г ?., Biersack J.P. and Llttmark U. Stopp'ig and Ranges of Ions in Matter, Pergamon Press, N.Y. 1985, p.321.

[9] Karamyan S. A., Oganessian Yu. Ts. and. Bugrov y.N. The effect o~ high. - energy ions heavier than argon on germanium single crystal and a new mechanism for autoracryp*allization-Nuol. Instr. and Meth., 1989, В43»

p.153-158.

[10] Бугров B.H., Карамян С.А. Повреждение и восстановление монокристалла si при воздействии 6hctj х тяжелых ионов-Изв. Акад. Наук СССР сер. физ., 1990, т.54, j®, р. 88^-890.

[11] Бугров В.Н., ГретцшельР., Карамян С.А., Криницки Я. Профиль повреждения si ионами Аг и Хе, измеренный методом канялировакия а -частиц.- Тезисы докладов XXI всесоюзного совещания по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, Москва, 27-29 Mi 1, Изд. Московского Университета, 1991.

[12] Urmanov A.R. Defect production and Annealing Due to Relaxation of Electron Excitation in Past Ion Tracks. -Phys.Stat.Sol. (b), 1991, V-.166, p.9-13.

Подписано в печать 21.04.95 Формат 60x84/16 Печать »(сетная. Уч.-изя.л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ Ус 195

Участок оперативней полиграф".'!! ИГУ;