Преципитация бора в кремнии при имплантации и отжиге

Феклистов, Константин Викторович

Преципитация бора в кремнии при имплантации и отжиге тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Феклистов, Константин Викторович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новосибирск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Преципитация бора в кремнии при имплантации и отжиге»

Автореферат диссертации на тему "Преципитация бора в кремнии при имплантации и отжиге"

На правах рукописи

48591

Феклистов Константин Викторович

ПРЕЦИПИТАЦИЯ БОРА В КРЕМНИИ ПРИ ИМПЛАНТАЦИИ И ОТЖИГЕ: РАССЛОЕНИЕ НА СТАДИИ ОСТВАЛЬДОВСКОГО СОЗРЕВАНИЯ

Специальность — 01.04.10 Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 О НОЯ 2011

Новосибирск-2011

4859162

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте физики полупроводников им. A.B. Ржанова Сибирского отделения РАН

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Федина Людмила Ивановна

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Попов Владимир Павлович

доктор физико-математических наук, профессор

Гридчин Виктор Алексеевич

Ведущая организация:

Томский государственный университет

Защита состоится «27» декабря 2011 г. в «15» часов на заседании диссертационного совета Д 003.037.01 при Учреждении Российской академии наук Институте физики полупроводников им. A.B. Ржанова Сибирского отделения РАН по адресу: 630090, Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Институте физики полупроводников им. A.B. Ржанова Сибирского отделения РАН.

Автореферат разослан «1» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, доцент СМ<ЛАу1 д р Погосов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы:

Наночастицы в виде преципитатов или включений инородных фаз в твердых телах, обладающие дискретным спектром электронных состояний, зависящим от их размеров, часто называемые квантовыми точками, вызывают повышенный интерес исследователей в связи с возможностью их применения в электронных приборах нового поколения [1]. Создание упорядоченных ансамблей наночастиц путем самоорганизации является одной из важнейших задач развивающихся нанотехнологий. Известны примеры самоорганизации наночастиц при эпитаксиальном росте напряженных полупроводниковых слоев [2, 3] и в растворах химически реагирующих веществ [4]. В условиях ионной имплантации, широко используемой для создания захороненных в твердотельной матрице нанопреципитатов, также проявляются эффекты самоорганизации в виде расслоений ансамбля преципитатов, однако механизмы, лежащие в основе этих эффектов, изучены недостаточно, чтобы их использовать в технологии [5].

Развитие ансамбля преципитатов в твердом растворе проходит стадии зародышеобразования, роста всех зародышей преципитатов из раствора и, наконец, переходит в стадию Оствальдовского созревания, когда концентрация примеси в растворе падает, приближаясь к равновесной, и рост одних преципитатов происходит за счет растворения соседних, более мелких преципитатов [6]. Именно взаимодействием между преципитатами на стадии Оствальдовского созревания объясняется в литературе самоорганизация или упорядочение ансамбля преципитатов в твердых телах [5]. Принципиальная возможность применения модели Оствальдовского созревания для описания самоорганизации слоистого ансамбля преципитатов в условиях ионной имплантации была показана в [5]. Однако период расслоения, получаемый в расчетах, не соответствовал экспериментальным данными. Это определяет актуальность исследования стадии Оствальдовского созревания неоднородных ансамблей преципитатов в твердых телах и процессов их самоорганизации. В диссертации исследован эффект самоорганизации слоистою по глубине ансамбля нанопреципитатов бора (3-5-8 нм), возникающий в сильнолегированном бором кремнии при высокодозной имплантации бора и последующей термообработке.

Объектом исследования в данной работе является ансамбль преципитатов бора в кремнии, созданный высокодозной имплантацией ионов бора и последующими высокотемпературными отжигами. Выбор объекта основан на том, что бор является одной из основных и самых изученных легирующих примесей в кремнии, а ионная имплантация и отжиги — стандартные операции в кремниевой технологии. Кроме того, важнейшие параметры, необходимые для описания преципитации бора в кремнии, такие как равновесная растворимость бора в узлах решетки кремния (Ст/) и коэффициент диффузии бора, известны в литературе. Другие ключевые данные, касающиеся условий преципитации бора при имплантации, не были известны в литературе и являлись предметом структурных исследований методом просвечивающей

электронной микроскопии. Получение этих данных позволило построить количественную модель процесса.

Предметом исследования является пространственное упорядочение ансамбля преципитатов бора по глубине образца в виде слоев преципитатов, разделенных прослойками с низкой концентрацией преципитатов. Ранее методом масс-спектроскопии вторичных ионов (МСВИ) было показано, что в сильно легированном бором кремнии после имплантации бора и последующего высокотемпературного отжига наблюдаются квазипериодические флуктуации полной концентрации бора [7]. Авторы предположили, что флуктуации связаны с образованием преципитатов бора, однако экспериментально это не было подтверждено. О подобных концентрационных флуктуациях в сильнолегированном кремнии в условиях горячего облучения протонами сообщалось в еще более ранней работе [8], в которой флуктуации были объяснены восходящей диффузией бора [9]. При этом считалось, что атомы бора в области флуктуаций остаются электрически активными. Поэтому первой задачей исследования было проверить, связаны ли наблюдаемые в условиях имплантации концентрационные флуктуации бора с электрически активным бором или они возникают за счет формирования преципитатов.

Целью диссертационной работы является развитие существующих представлений о самоорганизации имплантированного бора в кремнии, приводящей к формированию слоистого по глубине ансамбля преципитатов и построение модели расслоения.

Для достижения поставленной цели в диссертации были сформулированы и решены следующие основные научные задачи:

• Экспериментально доказать, что в сильно легированном бором кремнии после

высокодозной имплантации бора и отжига образуется слоистый по глубине

ансамбль преципитатов бора.

• Исследовать процессы кластеризации бора и точечных дефектов в виде

протяженных дефектов (дислокационных петель) и преципитатов бора в зависимости от исходного уровня легирования бором и концентрации дефектов, введенных при имплантации; определить условия преципитации бора в кремнии.

• Проверить способность классической модели Оствальдовского созревания описать процесс расслоения ансамбля преципитатов бора в кремнии.

• Разработать количественную модель расслоения ансамбля преципитатов бора в кремнии на основе модели Оствальдовского созревания с учетом физических явлений, происходящих в имплантированном слое.

Методы исследования: Анализ структурных дефектов и преципитатов бора, введенных в кремний с различным содержанием узлового бора Св„ -0, (0.8-^2.5)х102°см3 при имплантации ионов бора с дозой 1х1015+2х1016 см"2 и отжиге при Т=900^-1070°С, проведен с использованием методов просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), включая высокоразрешающую электронную микроскопию (ВРЭМ). Распределения атомов бора в электрически активных узловых положениях получены методом Холла в сочетании с послойным стравливанием. Результаты сопоставлялись с распределениями полной концентрации бора, полученными методом МСВИ в [7]. Программа CrystalTRIM в составе пакета ISE TCAD использована для расчета общего количества точечных дефектов, генерированных и запасенных при имплантации. Численное моделирование эволюции ансамбля преципитатов и концентрации в растворе на основе модели Оствальдовского созревания выполнялось разностными методами на пространственно-временной сетке с использованием расчетного компьютерного кластера Xeon 16.

Научная новизна:

• Показано, что узловой бор с пороговой концентрацией Ся„=2.5х 102"см~3, значительно превышающей равновесную растворимость бора при используемых температурах отжига, приводит к формированию неоднородного, слоистого по глубине, ансамбля очень мелких преципитатов бора с размером 3-8 нм в имплантированных бором и отожженных слоях кремния.

• Установлен критерий, разделяющий процессы формирования протяженных дефектов (дислокационных петель) и преципитатов бора как два конкурирующих канала деактивации бора в условиях ионной имплантации и отжига, который определяется соотношением концентрации неравновесного узлового бора С&, и локальной концентрации междоузельных атомов кремния G, введенных имплантацией. При С ¡»Св», формируются дислокационные петли Франка междоузельного типа, а при Ci<CBo -преципитаты бора.

• При рассмотрении процесса преципитации бора в условиях ионной имплантации на основе численного моделирования процесса Оствальдовского созревания учтено влияние неравновесных точечных дефектов на начальное распределение бора в растворе, на формирование преципитатов и на диффузию бора.

Практическая ценность диссертации:

• Создана численная модель, которая позволяет прогнозировать эволюцию ансамбля преципитатов бора. Найденные закономерности преципитации бора в условиях ионной имплантации закладывают основы для управления расслоением ансамбля преципитатов.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих российских и международных научных конференциях:

2007); V Международная конференции и IV школа молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе "КРЕМНИЙ-2008" (Черноголовка,

tVi

2008); 25 International Conference on Defects in Semiconductors «ICDS-25» (St.Petersburg, Russia, 2009); IX Российская конференция по физике полупроводников "Полупроводники-2009" (Новосибирск-Томск, 2009); XXIII Российская конференция по электронной микроскопии "РКЭМ-2010" (Черноголовка, 2010).

Публикации: Основные результаты диссертации опубликованы в 4 рецензируемых статьях и изложены в 7 тезисах ведущих отечественных и международных конференций.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, шести глав с выводами по каждой из них, заключения и списка литературы из 147 наименований. Общий объем диссертации 195 страниц, включая 29 рисунков и три таблицы.

Личный вклад соискателя в диссертационную работу заключается в подготовке, сопровождении экспериментов и обработке первичных экспериментальных данных. Соискателем лично сделана модернизация и автоматизация установки измерений эффекта Холла и проведены эксперименты по измерению электрофизических параметров легированного бором кремния. Соискатель самостоятельно сформулировал физико-математическую задачу и выполнил численное моделирование процесса расслоения ансамбля преципитатов на основе модели Оствальдовского созревания с учетом процессов, происходящих в кремнии при имплантации бора. Интерпретация полученных результатов и написание статей проводились совместно с соавторами опубликованных работ.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Наличие узлового бора в 81 с пороговой концентрацией СВо=2.5х1020см"\ значительно превышающей его равновесную растворимость С,ы, инициирует процесс преципитации бора и пространственное расслоение ансамбля преципитатов в условиях имплантации бора и последующего отжига. Часть междоузельных атомов кремния, не участвующая в преципитации бора, кластеризуется независимо в виде протяженных дефектов.

• При Сво ниже пороговой, но выше С„,( в имплантированном слое реализуются два конкурирующих процесса кластеризации междоузельных атомов кремния (/) и подвижного узлового бора в виде BJ, обеспечивающие два основных канала деактивации бора в виде преципитатов или дислокационных петель Франка междоузельного типа, которые определяются соотношением Ся„ и локальной концентрации междоузельных атомов кремния С,\ при С,»СВг, формируются петли Франка, а при С;<СВ„ — преципитаты.

• Модель Оствальдовского созревания описывает пространственное расслоение ансамбля преципитатов бора в условиях имплантации и отжига. Для этого необходимо учесть влияние неравновесных точечных дефектов, обусловливающих неоднородное распределение узлового бора, последовательное зарождение преципитатов от краев имплантированного слоя к центру и ускоренную преципитацией диффузию узлового бора.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность исследований, сформулирована цель работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, указана их научная новизна и практическая значимость, дана краткая аннотация полученных результатов по главам диссертации.

Первая глава носит обзорный характер. В ней дан обзор различных систем, в которых наблюдаются слоистые ансамбли преципитатов, включая концентрационные флуктуации примесей, возникающие в условиях ионной имплантации. Подробно рассмотрены работы, в которых в условиях высокодозной имплантации бора в сильнолегированный бором кремний наблюдаются квазипериодические флуктуации полной концентрации бора [7], которые далее будут сопоставлены с результатами численной модели расслоения ансамбля преципитатов бора, разработанной в диссертации. Рассмотрена теория Лифшица-Слезова [6], общепринятая для описания эволюции однородного ансамбля невзаимодействующих преципитатов в твердых телах на стадии Оствальдовского созревания, но не применимая для описания расслоения ансамбля преципитатов. При учете взаимодействия между соседними преципитатами в предположении стационарной концентрации в растворе Хайнингу и Рейсу удалось получить расслоение [5], однако полученный ими период расслоения не соответствовоал экспериментальным результатам. Проведенный в диссертации анализ модели Хайнига-Рейса показал, что авторы получили расслоение в результате неправомерно используемых допущений о стационарной концентрации в растворе и

средней концентрации в растворе, равной равновесной растворимости. Это ставит под сомнение принципиальную возможность получения расслоения ансамбля преципитатов в рамках модели Оствальдовского созревания.

Вторая часть главы ] посвящена проблеме кластеризации точечных дефектов и бора при имплантации. Показано, что число квазихимических реакций, описывающих кластеризацию бора и / при образовании В1С-кластеров, черезвычайно велико. При этом считается, что 5/С-кластеры являются прекурсорами преципитатов бора. На основе квантово-химических расчетов [10,11] в литературе была выдвинута гипотеза о существовании цепочек кластеризации, приводящих к повышенному содержанию либо /, либо бора в кластерах. В первом случае это должно приводить к формированию протяженных дефектов, во втором — преципитатов бора. Однако экспериментально эта гипотеза не подтверждена. На основании уменьшения плотности {113} дефектов [1315] и дислокационных петель Франка [16] в кремнии с повышением концентрации узлового бора перед имплантацией, авторами было высказано предположение, что формирование Я/С-кластеров, прекурсоров преципитатов, препятствует формированию протяженных дефектов. Однако доказательств перерастания В1С- кластеров в преципитаты бора не было представлено. Поэтому условия преципитации бора до сих пор не ясны. Далее в главе 1 приведен обзор литературы по диффузии бора в кремнии, концентрационной зависимости коэффициента диффузии бора [17], переходной ускоренной диффузии бора за счет формирования высокоподвижных пар узловых атомов бора с междоузельными атомами кремния В,! [12].

В заключении главы 1 сформулированы задачи, которые необходимо решить для установления механизма расслоения ансамбля преципитатов бора в кремнии.

Во второй главе описаны методы исследований, используемые в диссертации. Для определения пространственного распределения электрически активных атомов бора в кремнии использовался метод Холла в сочетании с послойным стравливанием кремния. Анализ дефектов структуры и визуализация преципитатов бора проведены с помощью методов просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), включая высокоразрешающую электронную микроскопию (ВРЭМ).

В третьей главе представлены результаты анализа пространственного распределения концентрации электрически активного бора в образцах, в которых формируется слоистый ансамбль преципитатов бора (образцы с исходным содержанием узлового бора Сй,=2.5х1020 см"3 после высокодозной 1х10'6 см'2 имплантации ионов бора и последующего высокотемпературного отжига при Т=900°С), а также в контрольных имплантированных образцах без предварительного введения узлового бора (С&,=0 см"3), где формируются только дислокационные петли Франка. Показано, что во всех образцах устанавливается концентрация бора в узлах Св,=1.1-^-1.3-1020 см"3, значительно меньшая концентрационных флуктуаций бора в максимумах- (4-ИО)хЮ20см"3, что подтверждает деактивацию бора за счет преципитации.

В четвертой главе методами ПЭМ и ВРЭМ исследованы закономерности формирования преципитатов бора и протяженных дефектов при имплантации бора в

[аЗ]. Показано, что при высокодозной ((Н2)х10"' см 2) имплантации бора в кремний с концентрацией СВо=2.5x1020см~\ превышающей его растворимость при температуре последующего отжига Т=900-1075°С, формируется слоистый по глубине образца ансамбль преципитатов. Показано, что положения слоев преципитатов по глубине имплантированного слоя соответствуют позициям максимумов на квазипериодическом распределении бора (Я/о/) (см. позиции стрелок на рис.1,с), а оценки концентрации бора в преципитатах соответствуют концентрации бора в максимумах. Таким образом, установлено, что атомы бора, которые накапливаются в максимумах квазипериодических флуктуации полной концентрации бора, обнаруженных методом МСВИ в [7], являются электрически неактивными, т.е. расслоение сформировано не атомами бора, растворенными в узловых позициях решетки кремния, а неактивным бором, накопленным в преципитатах.

На рисунке 1 представлены примеры формирования преципитатов и протяженных дефектов (дислокационных петель) в образцах с различным содержанием СВо в сравнении с контрольным образцом. Видно, что во всех случаях в области среднего проецированного пробега ионов (К,,) наблюдается слой с большой плотностью дислокационных петель. С увеличением Св„ сужается толщина дислокационного слоя (рис.1, а-с), и по обе стороны от него появляются преципитаты бора (рис.1,Ь,с). Их появление сопровождается возникновением дополнительных боковых максимумов на МСВИ профилях бора Вил (рис.1,Ь,с). Из ПЭМ и ВРЭМ анализа следует, что в контрольном и слаболегированных бором образцах (С&,<0.8-1020см3, рис.1,а,Ь) наблюдаются дислокационные петли Франка преимущественно междоузельного типа (/-типа) и в небольшом количестве (25%) вакансионного типа (К-типа). Их ВРЭМ изображения показаны на рис.2,а,Ь соответственно. Видно, что структура кристаллической решетки в плоскости /- петель сильно разупорядочена и деформирована (рис.2,а) по сравнению со структурой петель К-типа (рис.2,Ь) и структурой петель /-типа в образце с низкой дозой имплантации (рис.2,с). Такие аномалии в структуре указывают на наличие большого количества примеси в плоскости дефекта упаковки петель /-типа в мелкодисперсной форме в результате большой дозы имплантированного бора. Отсутствие преципитатов в дислокационном слое указывает на то, что бор (в виде подвижных комплексов [12]) захватывается в плоскость петли Франка /-типа при ее росте, в результате чего деактивация бора обеспечивается слоем дислокационных петель Франка (см. Й5<В/о/ на рис. 1,а).

При достижении С&,=2.5-1020см"3 (рис.1,с,(1) дислокационный слой в Яр состоит преимущественно из полных дислокационных петель, которые не имеют дефекта упаковки в плоскости петли (и, следовательно, не могут захватывать бор), а преципитаты бора формируются как по краям, так и внутри дислокационного слоя (см. вставки на рис.1,с), обеспечивая его деактивацию (см. на рис.1,с). Это

свидетельствует о том, что при достижении порогового значения Сво=2.5х10:0см'3 реализуется другая цепочка кластеризации атомов бора с участием узлового бора и подвижных комплексов В/, приводящая к формированию преципитатов.

В tot

Рис. 1 [110]- ПЭМ изображения поперечных срезов образцов с различным Сл„: (а)-контрольный образец Св„=0, (Ь)- Сд,=0.8хЮ20 и (c,d)- С«„=2.5х10-°см"3, после имплантации ионов бора с дозой D=lxl016 (а-с) и 2х10"см-2 (d) и отжига при Т=900°С в течение 1 часа, совмещенные с распределениями бора по глубине имплантированного слоя: Во - исходный узловой бор (Ь,с) (длинный пунктир- данные МСВИ из [7], пустые квадраты- Холл); В as implanted (а)- имплантированный бор; Bs (а,с) -электрически активный бор, Blot (а,Ь,с) - полная концентрация бора- данные МСВИ из [7]. На вставках увеличенные изображения преципитатов слева от дислокационного слоя (Ь), внутри слоя петель ((с) -внизу) и ВРЭМ изображение преципитата из дислокационного слоя в Rp ((с) - вверху). С, -сконструированный профиль междоузельных атомов кремния (короткий пунктир - (Ь)).

Из планарных ПЭМ изображений дислокационных петель были сделаны оценки концентрации междоузельных атомов (/), запасенных после имплантации и отжига в дислокационных петлях. На основании этих оценок был сконструирован профиль междоузельных атомов кремния (С/) (рис.lb), выживших при имплантации после рекомбинации генетически связанных пар Френкеля [18]. Это позволило установить количественный критерий реализации одного из двух путей кластеризации неподвижного узлового бора В„ и подвижных комплексов BJ, В J и / в зависимости от соотношения концентраций С, и СВо. В случае Ci»CB„, начиная с реакций B„+I=BJ и

I В,,1+1~*В1> [19], реализуется кластеризация междоузельных атомов /?„/;+«/, в которую I атомы бора вовлекаются в виде подвижных комплексов В4 [12]. В результате формируются борсодержащие кластеры, которые при отжиге развиваются в протяженные дефекты (петли Франка /-типа) (рис.1,а,Ь в районе Я,,). В случае С,<Св», начиная с реакций В„+1=В„1 и В„1+В„—>Вг1 [20], реализуется преципитация бора В^+тВ,! (рис.1,а,Ь по бокам от Л,,), если уровень исходного легирования бором превышает его равновесную растворимость при температуре отжига (Са„>С«,|). При ' достижении порогового значения СВо=2.5х102"см"3 преципитаты бора формируются по всей глубине имплантированного слоя (рис.1,с,ё) независимо от соотношения С/ и Св„.

Рис.2. [ПО] ВРЭМ изображения дислокационных петель Франка /-типа (а) и К-типа (Ь) в образце с С«„=0.8х102°см"3, имплантированном с 0=1хШ'6 см"2, после отжига при Т=900°С в течение 1 часа, (с)- ВРЭМ изображение петли Франка /-типа в контрольном образце с 0=1х10,5см"2.

Таким образом, экспериментальное наблюдение конкурирующего характера процессов формирования петель Франка и преципитатов бора в зависимости от соотношения С, и Св„ подтверждает современные научные представления о существовании различных цепочек

кластеризации, отличающихся высоким содержанием либо /, либо бора [10]. Полученные результаты согласуются с теоретическим предположением [11] о том, что BIC-кластеры с высоким содержанием / и малым содержанием бора развиваются в протяженные дефекты, a BIC- кластеры с высоким содержанием бора развиваются в

C^^xexpjj^i

(1)

где Л — радиус преципитата, С^СГ) — концентрация бора в растворе возле плоской границы с фазой преципитата (равновесная растворимость бора в узлах решетки), кв — постоянная Больцмана, Т— температура, Сь — концентрация бора в преципитате, Е — поверхностная энергия границы раздела между преципитатом и твердым раствором (параметр моделирования). В отличие от общепринятой в литературе модели Оствальдовского созревания [6,5] второе граничное условие задавалось в локальной окрестности преципитата, а не на бесконечном удалении от него. Применение соотношения Гиббса-Томсона (1) подразумевает, что равновесная концентрация успевает установиться непосредственно в маленькой окрестности на поверхности преципитата, а диффузия из раствора, где концентрация отличается от равновесной, приводит к росту/растворению преципитата: если концентрация в растворе выше равновесной (Св,>Св), то преципитат является закритическим и растет; если ниже равновесной (Св,<Сс) - то подкритическим и растворяется.

Корректность данной модели была проверена в сопоставлении с аналитическим решением Лифшица-Слезова [6] (Ь8\¥) для однородного ансамбля преципитатов. Показано, что в рамках такой модели расслоение ансамбля преципитатов бора не происходит. Этот результат опровергает сложившиеся в литературе представления о возможности описания расслоения преципитатов на основе модели Оствальдовского созревания [5]. Как показано в диссертации, они основаны на неправомерном использовании приближения стационарной диффузии при описании взаимодействия преципитатов и предположения о том, что средняя концентрация в растворе равна равновесной растворимости (С„(), при нахождении скорости роста/растворения преципитатов.

В шестой главе представлены результаты применения модели Оствальдовского созревания для описания расслоения ансамбля преципитатов бора в условиях ионной имплантации [а4]. Показано, что введение в модель трех дополнений, учитывающих влияние неравновесных точечных дефектов на начальное состояние системы, преципитацию и диффузию атомов бора, позволяет воспроизвести эффект расслоения ансамбля преципитатов бора с помощью численного моделирования.

Первое дополнение определяет начальное распределение узлового бора в растворе для начального ансамбля преципитатов. Оно задается реакцией Уоткинса вытеснения атомов бора из узлов междоузельными атомами кремния: Ba+I-*BJ [21]. При моделировании начальное распределение узлового бора (В5 /иг) задается с провалом в имплантированном слое как:

С в, т-Сво-СI (2)

Здесь Сво=2.5х1020см"3 - исходное однородное распределение узлового бора в образце до имплантации, С/ - неоднородное распределение междоузельных атомов кремния в имплантируемом слое, которое было получено в главе 4.

Второе дополнение учитывает последовательный характер формирования преципитатов бора от краев имплантированного слоя к центру, обусловленный кинетикой высвобождения собственных междоузельных атомов из 5/С-кластеров

(прекурсоров преципитатов бора). В последнюю очередь преципитаты формируются в районе Яр, где концентрация созданных имплантацией точечных дефектов максимальна. Основываясь на литературных данных об экспоненциально спадающей с характерным временем х временной зависимости отжига В1С-кластеров [22], второе дополнение в модели реализовано в виде фронтов преципитации, распространяющихся от боков к центру имплантации с характерным временем задержки г, которое является параметром моделирования и составляет около 20 минут для дозы имплантации 0=1хЮ'6см"2 и около 10 минут для 0=3-5х10|5см"2 при Т=900°С.

Третье дополнение учитывает ускоренную диффузию атомов бора в областях с интенсивным ростом преципитатов бора, которая обусловлена испусканием междоузельных атомов кремния растущими преципитатами. Ускоренная диффузия происходит за счет формирования высокоподвижных пар В,/ [12]. Экспериментальные подтверждения того, что в условиях формирования фазы бора в кремнии ускоряется диффузия бора, даны в работах [23,24]. Ускорение преципитацией диффузии бора было введено в модель с помощью феноменологической зависимости переменного во времени и неоднородного в пространстве (по глубине образца (дг)) коэффициента диффузии бора (£)(?,х)) в зависимости от концентрации преципитатов (СР,«(1,х)) и средней скорости их роста (Лги/Л):

О0,х) = 2Е-14 + ДОБАВКА(Сргес, (1т,Щ [см2/сек], (3)

где первое слагаемое отражает классический коэффициент диффузии бора в кремнии при Т=900°С с учетом его концентрационной зависимости [17] а второе слагаемое — ускорение диффузии за счет преципитации. С повышением концентрации преципитатов и скорости их роста второе слагаемое растет. Чтобы ограничить рост коэффициента диффузии была выработана функциональная зависимость второго слагаемого в виде насыщающейся экспоненты.

Предложен механизм расслоения. Расслоение инициируется неоднородным начальным распределением концентрации узлового бора (Вх М) (дополнение I), в результате которого сначала в боковых областях «1» (где СЕ,>Сс, рис.За) формируются закритические преципитаты, рост которых приводит к формированию боковых максимумов «1» (см. В1о1 яти1 на рис.3,Ь). Расслоение распространяется за счет движения фронта преципитации от краев к центру имплантированного слоя (дополнение II) и влияния предыдущего слоя преципитатов на последующий. Задержка в формировании преципитатов от краев к центру является необходимым условием расслоения, чтобы диффузионные потоки из соседних слоев успевали изменять концентрацию в растворе из «подкритической» в «закритическую» или наоборот за время формирования следующего слоя преципитатов. Оценка длины диффузии с ускоренным коэффициентом диффузии 0=1x10''1 см'-/сек (дополнение III) за характерное время задержки в распространении фронта преципитации от боков к центру т=20 мин (дополнение II) дает 1=(Ог)1/2=ЮО им, что хорошо согласуется с расстоянием между слоями преципитатов, измеренным экспериментально (рис.3,Ь). Расслоение стабилизируется и развивается за счет усиления процесса преципитации

благодаря положительной обратной связи: ускоренной диффузии в слоях с растущими преципитатами (дополнение III). Она поддерживает от выравнивания скорости роста преципитатов в слоях с растущими и растворяющимися преципитатами, благодаря чему и происходит расслоение. Наличие такой положительной обратной связи является одним из ключевых отличий применения модели Оствальдовского созревания для описания расслоения ансамбля преципитатов, которого нет в предыдущей модели Хайнига и Рейса [5] и без которого не удается описать расслоение. В работах [al,a2] показано, что при имплантации фосфора в сильнолегированный бором кремний за счет подавления диффузии бора расслоение не развивается, что также подтверждает необходимость ускоренной диффузии для реализации расслоения.

и а Ü

,20

' Btot iní --Bs iní

--- Во

Cg(R(x)) ¡ni

Bs simul Cc(R(x))

/ \

~...........

..v ' /

B8 > CG\ BS < CG¡ growth ^dissol /

0.2

0.4 0.6

X,//m

0.8

X. fxm

Рис.3 Моделирование расслоения ансамбля преципитатов бора с помощью адаптированной для условий ионной имплантации модели Оствальдовского созревания: а) - начальное состояние системы (ini): Во — исходное распределение узлового бора до имплантации, Bs ini - распределение узлового бора после имплантации, сформированное за счет реакции Уоткинса, Btot - распределение полной концентрации бора. Cc(R(x)) — концентрация Гиббса-Томсона (1); Ь) - Результат моделирования (simul) в сопоставлении с экспериментальными данными: Btot SIMS —данные МСВИ из [7], Bs Hall-данные из гл.З, полученные методом Холла.

Таким образом, в главе 6 показано, что адаптированная модель количественно описывает расслоение неоднородного ансамбля преципитатов. С помощью моделирования путем исключения раскрыта роль каждого из дополнений и показана необходимость всех трех дополнений для описания расслоения. Проведены сопоставления результатов моделирования с экспериментально установленными параметрами ансамбля преципитатов такими, как концентрация и размер преципитатов (гл.4), профиль полной концентрации бора [7] и концентрация бора в растворе (гл.З), и отмечено их хорошее соответствие друг другу. Продемонстрировано, что модель описывает изменение количества максимумов на профилях бора (слоев преципитатов) в зависимости от дозы имплантации: 5 максимумов для D=1x1016cm"2 (рис.3), 4

максимума для 0=5хЮ'5см"2 и 3 максимума для 0=ЗхЮ15см"2. По результатам экспериментов и моделирования сделан вывод о том, что преципитаты имеют состав Получена величина поверхностной энергии границы раздела преципитата Э1Вз с окружающей его кремниевой матрицей, которая равна 8.5е14 эВ/см2 = 1360 эрг/см2, что примерно составляет 0.5 эВ/атом.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ:

1. В кремнии, исходно легированном бором до концентрации С&,=2.5х1020см"\ при последующей имплантации бора с дозой (К2)х10'бсм2 и отжиге при Т=900-1075"С, обеспечивающем меньшую растворимость бора в узлах, формируется слоистый по глубине ансамбль преципитатов бора, ответственный за известные квазипериодические флуктуации полной концентрации бора по глубине.

2. Методом Холла при послойном стравливании измерено распределение концентрации электрически активного бора по глубине в образце со слоистым ансамблем преципитатов, сформированном при Т=900°С. Показано, что концентрация бора в узлах СВ5=1.3-1020 см"3 значительно меньше концентрационных флуктуаций бора в максимумах (4-И0)х10:"см"3. Это подтверждает деактивацию бора за счет преципитации.

3. Концентрация бора в узлах Сг„=2.5х10:осм"3 является пороговой, начиная с которой формирование преципитатов в условиях высокодозной имплантации бора и отжига не зависит от локальной концентрации междоузельных атомов кремния С/ в имплантированном слое и обеспечивает деактивацию основной доли внедренного бора.

4. В условиях высокодозной имплантации бора в слаболегированный бором кремний (Св„<0.8х 10:осм"3) и последующего отжига при Т=900"С в области среднего проецированного пробега ионов (Яр), где С,»СВо, преципитаты не образуются, а формируется слой дислокационных петель Франка междоузельного (/-)-типа, в котором деактивация основной доли имплантированного бора, обусловлена захватом бора в плоскость петель Франка /-типа при их росте. Если при этом Сз^>Сж1, то по бокам дислокационного слоя, где С|<Св», формируются преципитаты бора.

5. Установлен количественный критерий, разграничивающий два конкурирующих процесса кластеризации междоузельных атомов кремния (/) и узлового бора, который определяется соотношением концентраций бора в узлах при исходном

легировании (Сл„) и междоузельных атомов кремния (С/), введенных имплантацией. При Ст»СВ1> реализуется последовательность реакций B„+I=BJ, В„1+1=Ва12 и ВЛ+и/, обеспечивающая зарождение дислокационных петель Франка /-типа и деактивацию бора при последующем захвате комплексов В,1 при росте петель. При С|<С0„ реакции В„+1=ВЛ, В,^В0=В21 и В21+тВ,[ приводят к зарождению преципитатов бора и его деактивации.

6. Модель Оствальдовского созревания применена для описания ансамбля преципитатов бора в кремнии, возникающего в условиях ионной имплантации. В реализованной модели впервые использовано приближение нестационарной диффузии примеси в растворе между преципитатами. Показано, что в рамках классической модели Оствальдовского созревания расслоения по глубине неоднородного ансамбля преципитатов бора не происходит.

7. Для описания расслоения ансамбля преципитатов бора по глубине, возникающего в условиях имплантации и отжига, на основе модели Оствальдовского созревания необходимо учесть реакции взаимодействия / и узлового бора и кинетику формирования преципитатов:

а)- начальное распределение узлового бора в растворе устанавливается неоднородным, имеющим провал в центре имплантированного слоя (Rp) за счет реакции вытеснения атомов бора из узлов междоузельными атомами кремния;

б)- преципитаты формируются последовательно, от краев имплантированного слоя к центру, с задержкой по времени, связанной с высвобождением междоузельных атомов кремния из прекурсоров преципитатов;

в)- диффузия бора ускоряется за счет эмиссии междоузельных атомов кремния растущими преципитатами и их взаимодействия с узловым бором в растворе.

8. По результатам моделирования получена величина поверхностной энергии границы раздела для преципитата бора состава SiB} с окружающей его кремниевой матрицей. Она составляет величину Е=8.5е14 эВ/см2 = 1360 эрг/см2, что соответствует 0.5 эВ/атом.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: [al] Тишковский Е. Г. Перераспределение атомов фосфора, имплантированных в сильно легированный бором кремний./ Е. Г. Тишковский, В. И. Ободников, А. А. Таскин, К. В. Феклистов, В. Г. Серяпин. IIФТП, 2000, том 34, вып. 6, стр. 655-659. [а2] Тишковский Е. Г. Перераспределение атомов примесей при термообработках в сильно легированном бором кремнии, облученном ионами фосфора. / Е. Г. Тишковский, В. И. Ободников, К. В. Феклистов, Б. А. Зайцев, А. А. Таскин, В. Г. Серяпин. // Известия Высших Учебных Заведений ФИЗИКА (2000), т.43, N11, стр.241-245.

[аЗ] Feklistov К. V. Boron nonuniform precipitation in Si at the Ostwald ripening stage. / K..

V. Feklistov, L. I. Fedina. // Physica В 404 (2009) 4641-4644. [a4] Феклистов К. В. Преципитация бора в Si при высокодозной имплантации. / К. В.

Феклистов, Л. И. Федина, А. Г. Черков. // ФТП 2010 г. том 44, вып. 3, стр 302-305. Цитированная литература:

1. Semiconductor Nanos tructures for Optoelectronic Applications / edited by T. Steiner. I I

Artech House, Boston-London, 2004.

2. Grutzmacher D. Three-Dimensional Si/Ge Quantum Dot Crystals. / D. Grutzmacher, T. Fromberz, C. Dais, J. Stangl, E. Muller, Y. Ekinci, H. H. Solak, H. Sigg, R. T. Lechner, E. Wintersberger, S. Birner, V.Holy and G.Bauer // Nano Lett., Vol.7, No.10, 2007, pp.3150-3156

3. Леденцов, H. H. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры (Обзор) / Н Н. Леденцов, В. М. Устинов, В. А. Щукин, П. С. Кольев, Ж. И. Алферов, Д. Бимберг // ФТП. - 1998. - Т. 32, Вып. 4. - С. 385-410.

4. Lagzi I. Liesegang Rings Engineered from Charged Nanoparticles. / I. Lagzi, B. Kowalczyk and B. A. Grzybowski. Hi. Am. Chem. Soc., 2010, 132 (1), pp 58-60

5. Borodin V. A. Self-organization kinetics in finite precipitate ensembles during coarsening. / V. A. Borodin, К. -H. Heinig, S. Reiss. И Phys.Rev. В 56 No.9 (1997) pp 5332 - 5344; Reiss S. Experimental study and modeling of structure formation in buried layers at ion beam synthesis. / S. Reiss, R. Weber, K. -H. Heinig and W. Skorupa. // Nucl. Instrum. and Meth. В 89 (1994) 337; Reiss S. Ostwald ripening during ion beam synthesis - a computer simulation for inhomogeneous systems. /S.Reiss, K.H.Heinig//Nucl. Instrum. and Meth. В 84 (1994) p.229

6. Лифшиц И. M. О кинетике диффузионного распада пересыщенных твердых растворов. / И. М. Лифшиц, В. В. Слезов. //ЖЭТФ Т.35 (1958) стр. 479.

7. Мясников А. М. Формирование слоистой структуры в распределении атамов бора в кремнии, инициированное ионной имплантацией. / Мясников А. М., Ободников В. И., Серяпин В. Г., Тишковский Е. Г., Фомин Б. И., Черепов Е. И. // Письма в ЖЭТФ Т. 60 (1994) 96-98; Мясников А. М. Формирование квазипериодического распределения бора в кремнии, инициированное ионной имплантацией. I Мясников А. М., Ободников В. И., Серяпин В. Г., Тишковский Е. Г., Фомин Б. И., Черепов Е. И. // ФТП 31 (1997) 338-341; Мясников А. М. Кинетика перераспределения примеси в квазипериодических структурах, возникающих в сильно легированном бором кремнии, облученном ионами бора. / Мясников А. М., Ободников В. И., Серяпин В. Г., Тишковский Е. Г., Фомин Б. И., Черепов Е. И. I/ ФТП 31 (1997) 703-707; Ободников В. И. Влияние исходного уровня легирования бором на его распределение, возникающее при термообработке в облученном ионами бора кремнии./Ободников В.И.,Тишковский Е.Г.//ФТП 32 (1998) 417

8. P. Baruch. Radiation defects and impurity diffusion in silicon. // Inst. Phys.Conf.Ser. N31 (1977) pl26

9. Г.А. Качурин. Восходящая диффузия примеси при ионном облучении нагретого кремния : численное моделирование. / Г.А. Качурин, Г.В. Гадияк, В.И. Шатров, И.Е. Тысченко. // ФТП т.26 (1992) стр. 1977

10. L. Pelaz. В cluster formation and dissolution in Si: A scenario based on atomistic modeling. / L. Pelaz, G.H.Gilmer, H.J.Gossmann, C.S.Rafferty, M.Jaraiz, and J.Barboila.//Appl. Phys. Lett. 74,3657(1999).

11. W. Luo. Tight-binding studies of the tendency for boron to cluster in c-Si. II. Interaction of dopants and defects in boron-doped Si. / W. Luo, P. B. Rasband, P. Clancy and B. W. Roberts. // J. Appl. Phys. 84,2476 (1998).

12. P. Alippi. Atomic-scale characterization of boron diffusion in silicon. / P. Alippi, L. Colombo, and P. Ruggerone, A. Sieck, G. Seifert, and Th. Frauenheim. // Phys. Rev. В 64(2001)075207

13. P. A. Stolk. Physical mechanisms of transient enhanced dopant diffusion in ion-implanted silicon. / P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, D. J. Eaglesham, D. C. Jacobson, C. S. Rafferty, G. H. Gilmer, M.Jaraiz, J.M.Poate, H.S.Luftman, and T.E.Haynes. // J. Appl. Phys. 81,6031 (1997)

14. Т. E. Haynes. Interactions of ion-implantation-induced interstitials with boron at high concentrations in silicon. / Т. E. Haynes, D. J. Eaglesham, P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, D. C. Jacobson, and J. M. Poate. //Appl. Phys. Lett. 69,1376 (1996).

15. A.D. Lilak. Evolution of {311} type defects in boron-doped structures: Experimental evidence of boron-interstitial cluster formation. / A.D. Lilak, S.K. Earles, M.E. Law, and K.S. Jones. //Appl. Phys. Lett. 74,2038 (1999).

16. C. Bonafos. The effect of boron doping level on the thermal behavior of end-of -range defects in silicon. / C. Bonafos, A. Claverie, D. Alquier, C. Bergaud, A. Martinez, L.Laanab, and D. Mathiot. //Appl. Phys. Lett. 71,365 (1997).

17. P. M. Fahey. Point defects and dopant diffision in Si. / P. M. Fahey, P. B. Griffin and J. D. Plummer. // Rev. Mod. Phys. 61,289 (1989).

18. Асеев А. Л. Влияние процессов аннигиляции точечных дефектов на рост скоплений междоузелъных атомов при облучении кристаллов Si и Ge электронами в высоковольтном электронном микроскопе. / Асеев А.Л., Денисенко С.Г., Федина Л.И. // ФТП т.25, вып.4, с.582-587 (1991).

19. Л.И.Федина. Взаимодействие точечных дефектов с атомами бора и фосфора в кристаллах Si при большой скорости генерации пар Френкеля. I Л.И.Федина, А .Л .Асеев. // ФТТ, т.32, в.1, с.60-68 (1990).

20. J. Zhu. АЪ initio pseudopotential calculations of В diffusion and pairing in Si. / J. Zhu, T.D. dela Rubia, L.H. Yang, C. Mailhiot, G. H. Gilmer. // Phys. Rev. В 54,4741 (1996)

21. G.D. Watkins. Defects in irradiated silicon: EPR and electron-nuclear double resonance of interstitial boron. / G.D. Watkins.//Phys. Rev. В 12(1975)5824

22. G. Mannino. Issues on boron electrical activation in silicon: Experiments on boron clusters and shallow junctions formation. / G. Mannino, V. Privitera, S. Soimi, N.E.B. Cowern. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. В 186 (2002) 246-255.

23. A. Agarwal. Boron-enhanced diffusion of boron from ultralow-energy ion implantation. / A. Agarwal, H.-J. Gossmann, D. J. Eaglesham, S. B. Herner, A. T. Fiory, and Т. E. Haynes. //Appl. Phys. Lett. 74, 2435 (1999).

24. N.E.B.Cowem. Boride-enhanced diffusion in silicon: Bulk and surface layers./ N.E.B.Cowern, M.J.J.Theunissen, F.Roozeboom, and J.G.M. van Berkum. // Appl. Phys. Lett. 75,181 (1999).

Автореф. дисс. на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 24.10.2011. Заказ № 107. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Типография Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Феклистов, Константин Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Обзор литературы '

§1.1 Неустойчивости в химически реагирующих системах. Образование пространственно неоднородных структур слаборастворимых солей в растворах.

Эффект Лизеганга.

§1.2 Примеры пространственного упорядочения ансамблей преципитатов в различных физических системах.

§1.3 Формирование квазипериодических флуктуаций в распределении бора, имплантированного в кремний с высокой исходной концентрацией бора в узловых позициях.

§1.4 Теория Лифшица-Слезова эволюции однородного ансамбля преципитатов в слабо пересыщенном твердом растворе на стадии Оствальдовского созревания

§1.5 Теория Оствальдовского созревания с учетом взаимодействия между преципитатами вида 1/г в приближении стационарной диффузии.

§1.6 Оствальдовское созревание неоднородного в пространстве ансамбля преципитатов со стационарным диффузионным взаимодействием.

§1.7 Точечные дефекты в решетке кремния, запасенные после ионной имплантации.

§1.8 Кластеры междоузельных атомов кремния (1С).

§ 1.9 Протяженные {113} дефекты.

§1.10 Дислокационные петли Франка и полные дислокационные петли.

§1.11 Реакция Уоткинса.

§1.12 Бор — междоузельные кластеры (В 1С).

§1.13 Формирование протяженных дефектов в кремнии с высокой концентрацией бора в узловых позициях.

§1.14 Диффузия бора в кремнии, ускоренная собственными междоузельными атомами.

§1.15 Обобщение нерешенных задач и постановка задачи.

ГЛАВА II. Методика эксперимента

§2.1 Анализ протяженных дефектов структуры методами просвечивающей и высокоразрешающей электронной микроскопии (ПЭМ, ВРЭМ).

§2.2 Измерение пространственного распределения концентрации электрически активных атомов бора методом эффекта Холла.

ГЛАВА III. Концентрация электрически активных атомов бора в кремнии в области формирования квазипериодических флуктуаций полной концентрации бора.

ГЛАВА IV. Два конкурирующих механизма кластеризации бора и междоузельных атомов кремния, приводящие к формированию преципитатов бора или дислокационных петель Франка.

§4.1 Преципитация бора и расслоение ансамбля преципитатов бора по глубине.

§4.2 Параметры ансамбля преципитатов.

§4.3 Захват бора в слое дислокационных петель Франка — конкурентный преципитации механизм деактивации бора.

§4.4 Критерий реализации одного из механизмов кластеризации бора с междоузельными атомами кремния.

ГЛАВА V. Моделирование преципитации бора в рамках классической модели Оствальдовского созревания.

§5.1 Классическая модель Оствальдовского созревания.

§5.2 Моделирование однородного ансамбля преципитатов в сопоставлении с аналитическим решением теории Лифшица-Слезова.

§5.3 Моделирование неоднородного ансамбля преципитатов бора в рамках классической модели Оствальдовского созревания.

ГЛАВА VI. Моделирование расслоения ансамбля преципитатов бора на основе модели Оствальдовского созревания с учетом эффектов, связанных с имплантацией.

§6.1 Дополнение I. Начальное состояние концентрации бора в растворе.

§6.2 Дополнение II. Последовательное формирование преципитатов от краев имплантированного слоя к центру с задержкой по времени.

§6.3 Дополнение III. Ускоренная преципитацией диффузия бора.

§6.4 Механизм формирования слоистого ансамбля преципитатов бора в рамках модели Оствальдовского созревания.

§6.5 Роль дополнений для описания расслоения в условиях имплантации в рамках модели Оствальдовского созревания.

§6.6 Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными результатами.

Введение диссертация по физике, на тему "Преципитация бора в кремнии при имплантации и отжиге"

В диссертации исследован эффект самоорганизации слоистого по глубине ансамбля нанопреципитатов бора (3+8нм), возникающий в сильнолегированном бором кремнии при высокодозной имплантации бора и последующей термообработке.

Наночастицы в виде преципитатов или включений новых фаз в твердых телах, обладающие дискретным спектром электронных состояний, зависящим от их размеров, часто называемые квантовыми точками, вызывают повышенный интерес исследователей с целью их применения в электронных приборах нового поколения, таких как фотоприемники, светодиоды, лазеры, элементы памяти [1]. Создание упорядоченных ансамблей наночастиц на основе эффектов самоорганизации является одной из важнейших задач развивающихся нанотехнологий. Эти эффекты активно используются при эпитаксиальном росте напряженных полупроводниковых слоев [2,3] и в растворах химически реагирующих веществ [4]. В условиях ионной имплантации, широко используемой для создания захороненных в твердотельной матрице нанопреципитатов, также проявляются эффекты самоорганизации в виде расслоений ансамбля преципитатов [5-15], однако механизмы, лежащие в основе этих эффектов, изучены недостаточно [16-23], чтобы их использовать в технологии.

Объектом исследования в данной работе является ансамбль преципитатов бора в кремнии, созданный высокодозной имплантацией ионов бора и последующими высокотемпературными отжигами. Выбор объекта основан на том, что бор является одной из основных и самых изученных легирующих примесей в кремнии, а ионная имплантация и отжиги — стандартные операции в кремниевой технологии. Кроме того, важнейшие параметры, необходимые для описания преципитации бора в кремнии, такие как равновесная растворимость бора в узлах решетки кремния (С0/) и коэффициент диффузии бора известны в литературе. Другие ключевые параметры, касающиеся условий преципитации бора при имплантации, не были известны в литературе и являлись предметом структурных исследований. Наличие этих данных позволило построить количественную модель процесса.

Предметом исследования является пространственное упорядочение ансамбля преципитатов бора по глубине образца в виде слоев преципитатов, разделенных прослойками с низкой концентрацией преципитатов. Далее в тексте этот эффект будет называться расслоением ансамбля преципитатов. Ранее методом масс-спектроскопии вторичных ионов (МСВИ) было показано, что в сильно легированном бором кремнии после имплантации бора и последующего высокотемпературного отжига наблюдаются квазипериодические флуктуации полной концентрации бора [28-31]. Авторы предположили, что флуктуации связаны с образованием преципитатов бора, однако экспериментально это не было подтверждено. О подобных концентрационных флуктуациях в сильнолегированном кремнии в условиях горячего облучения протонами сообщалось в еще более ранней работе [32]. Позднее эти флуктуации были объяснены восходящей диффузией бора [33]. При этом считалось, что атомы бора в области флуктуаций остаются электрически активными. Поэтому первой задачей исследования было проверить, связаны ли наблюдаемые в условиях имплантации концентрационные флуктуации бора с электрически активным бором или они возникают за счет формирования преципитатов.

В 1958 году Лифшиц и Слезов [24] и отдельно Вагнер [25] разработали теорию (т.н. LSW (Lifshitz, Slyozov, Wagner), описывающую кинетику роста однородного ансамбля невзаимодействующих преципитатов в твердых телах на стадии Оствальдовского созревания. Взаимодействие между соседними преципитатами было учтено позднее в предположении стационарной концентрации в растворе между преципитатами [26,27]. Теоретические работы предсказывали, что ансамбль взаимодействующих преципитатов на стадии Оствальдовского созревания неустойчив к флуктуациям и должен расслаиваться [17,18]. Первые попытки использования численной модели Оствальдовского созревания для описания самоорганизации слоистого ансамбля преципитатов в условиях имплантации были выполнены Хайнигом и Рейсом с соавторами [1923], однако, не увенчались в полной мере успехом (период расслоения не был воспроизведен в расчетах). Тем не менее, принципиальная возможность применения данной модели была показана. Авторы использовали приближение стационарной концентрации в растворе, и допущение о том, что средняя концентрация в растворе равна равновесной концентрации- Csoi [20-22]). Правомерность этих допущений вызывает сомнения. Таким образом, корректная количественная модель расслоения ансамбля преципитатов в твердых телах в литературе отсутствует. В диссертации будет показано, что модель Оствальдовского созревания применима для описания расслоения ансамбля преципитатов бора, созданного имплантацией и термообработкой. Но для этого в модели необходимо учесть эффекты, связанные с ионной имплантацией, т.е. влиянием неравновесных точечных дефектов на начальное распределение бора в растворе, на формирование преципитатов и диффузию бора.

Сложность явлений, происходящих при имплантации, обусловлена генерацией большого количества точечных дефектов и их взаимодействием, как с примесями, так и между собой. Несмотря на то, что бор является хорошо изученной примесью в кремнии, детали его кластеризации с междоузельными атомами кремния (/), приводящей к формированию мелких борсодержащих междоузельных кластеров (в научной англоязычной литературе В1С-с1т1егй) и преципитатов остаются неясны. Во-первых, визуализация Б/С-кластеров из-за их очень малых размеров затруднена с помощью прямых структурных методов, таких как высокоразрешающая электронная микроскопия. Поэтому до сих пор в литературе нет сведений об обнаружении В1С кластеров. Их формирование подтверждается косвенно на основе экспериментов с дельта-легированными сверхрешетками бора [34-38]: по виду профилей бора (стягивание) после имплантации и отжига, и уменьшении доли электрически активных атомов бора в слоях с бором [38,39] (см.§1.12). Во-вторых, число квазихимических реакций кластеризации бора и / при образовании В1С-кластеров чрезвычайно велико. На основе квантовохимических расчетов [40-44] (см. §1.12) была выдвинута гипотеза о существовании цепочек кластеризации, приводящих к повышенному содержанию, либо /, либо бора в кластерах. В первом случае цепочка кластеризации должна приводить к формированию протяженных дефектов, во втором — преципитатов бора. Однако экспериментально эта гипотеза в литературе не подтверждена. Изменить соотношение I и атомов бора в * начальных кластерах можно путем изменения концентрации бора в узловых позициях решетки кремния перед имплантацией. И действительно, в литературе продемонстрировано уменьшение плотности {113} дефектов [34,45,46] и дислокационных петель Франка [47] (см.§1.13) в кремнии с повышением уровня предварительного легирования бором перед имплантацией. Авторы предположили, что это связано с формированием В1С-кластеров, которые захватывают междоузельные атомы кремния, и, таким образом, препятствуют формированию протяженных дефектов. Однако доказательств формирования В1С-кластеров, перерастающих в преципитаты бора, в этих работах не представлено.

Понимание этого вопроса актуально не только в рамках решаемой задачи о расслоении ансамбля преципитатов. Нежелательное формирование В1С-кластеров в сверхмелких р-п-переходах при имплантации низкоэнергетичных ионов бора и последующих термообработках приводит фактически к полной деактивации имплантируемого бора. Одновременно с деактивацией бора наблюдается ускорение его диффузии за счет испускания 5/С-кластерами неравновесных I, формирующих высокоподвижные пары с узловым бором BJ [48-51] (см.§1.12). Это определяет актуальность изучения процессов преципитации бора и для дальнейшего совершенствования кремниевой технологии.

• Экспериментально доказать, что в сильно легированном бором кремнии после высокодозной имплантации ионов бора и отжига образуется слоистый по глубине ансамбль преципитатов бора.

• Исследовать процессы кластеризации бора и точечных дефектов в виде протяженных дефектов (дислокационных петель) и преципитатов бора в зависимости от исходного уровня легирования бором и концентрации дефектов, введенных при имплантации; определить условия преципитации бора в кремнии.

• Наличие узлового бора в с пороговой концентрацией Сво=2.5хЮ20см" 3, значительно превышающей его равновесную растворимость С101, инициирует процесс преципитации бора и пространственное расслоение ансамбля преципитатов в условиях имплантации бора и последующего отжига. Часть междоузельных атомов кремния, не участвующая в преципитатации бора, кластеризуется независимо в виде протяженных дефектов.

• При Сво ниже пороговой, но выше С80ц в имплантированном слое реализуются два конкурирующих процесса кластеризации междоузельных атомов кремния (7) и подвижного узлового бора в виде В51, обеспечивающие два основных канала деактивации бора в виде преципитатов или дислокационных петель Франка междоузельного типа, которые определяются соотношением Св0 и локальной концентрации междоузельных атомов кремния Сг. при С/»Св0 формируются петли Франка, а при Сг<Сво — преципитаты.

Научная новизна работы:

• Показано, что узловой бор с пороговой концентрацией Св0=2.5x1020см"3, значительно превышающей равновесную растворимость бора при используемых температурах отжига приводит к формированию неоднородного, слоистого по глубине, ансамбля очень мелких преципитатов бора с размером 38 нм в имплантированных бором и отожженных слоях кремния.

Установлен критерий, разделяющий процессы формирования протяженных дефектов (дислокационных петель) и преципитатов бора как два конкурирующих канала деактивации бора в условиях ионной имплантации и отжига, который определяется соотношением концентрации неравновесного узлового бора СБо и локальной концентрации междоузельных атомов кремния С/, введенных имплантацией. При 0»Сво, формируются дислокационные петли Франка междоузельного типа, а при С]<Сво -преципитаты бора.

Научная значимость работы состоит в том, что решена задача о самоорганизации слоистого ансамбля преципитатов для частного случая имплантации бора в кремнии. Разработана количественная модель, описывающая расслоение ансамбля преципитатов бора в хорошем соответствии с экспериментальными данными. Для других систем преципитатов в твердых телах подобных моделей не существует: они либо качественные, либо не соответствуют экспериментальным данным. Созданная модель перспективна для обобщения на другие системы преципитатов, где преципитация и диффузионный перенос между преципитатами можно описать в тех же терминах коэффициента диффузии примеси, равновесной растворимости примеси в матрице и поверхностной энергии границы раздела преципитата с окружающей матрицей.

Практическая ценность диссертации:

• Определены условия формирования протяженных дефектов и преципитатов бора в одной из распространенных систем в кремниевой технологии (имплантация ионов бора в кремний и отжиг), которые отвечают за процесс деактивации примеси, и которые могут быть использованы для оптимизации процессов создания полупроводниковых приборов. • Создана численная модель, которая позволяет прогнозировать эволюцию ансамбля преципитатов бора. Найденные закономерности преципитации бора в условиях лонной имплантации закладывают основы для управления расслоением ансамбля преципитатов.

Апробация работы: Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на 7-ми российских и международных научных конференциях:

International Autumn School on "Microscopy of Tomorrow's Industrial Materials" (Berlin, Germany, 2005); Международная научно-техническая школа-конференция «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» - « МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ - 2006» (Москва, 2006); VIII Российская конференция по физике полупроводников "ПОЛУПРОВОДНИКИ 2007" (Екатеринбург, 2007); V Международная конференция и IV школа молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе "КРЕМНИИ-2008" (Черноголовка, 2008); 25th International Conference on Defects in Semiconductors «ICDS-25» (St.Petersburg, Russia, 2009); IX Российская конференция по физике полупроводников "Полупроводники-2009" (Новосибирск-Томск, 2009); XXIII Российская конференция по электронной микроскопии "РКЭМ-2010" (Черноголовка, 2010).

Основные результаты диссертации опубликованы в 4-х статьях: 1. Е.Г. Тишковский, В.И. Ободников, A.A. Таскин, К.В. Феклистов, В.Г. Серяпин. «Перераспределение атомов фосфора, имплантированных в сильно легированный бором кремний.» ФТП, 2000, том 34, вып. 6, стр. 655-659.

2. Е.Г.Тишковский, В.И.Ободников, К.В.Феклистов, Б.А.Зайцев, А.А.Таскин, В.Г.Серяпин. «Перераспределение атомов примесей при термообработках в сильно легированном бором кремнии, облученном ионами фосфора». Известия Высших Учебных Заведений ФИЗИКА (2000), т.43, N11, стр.241-245.

3. Konstantin V. Feklistov, Ludmila I. Fedina. «Boron nonuniform precipitation in Si at the Ostwald ripening stage». Physica В 404 (2009) 4641-4644

4. K.B. Феклистов, JI.И. Федина, А.Г. Черков. «Преципитация бора в Si при высокодозной имплантации». ФТП 2010 г. том 44, вып. 3, стр 302-305.

Структуру диссертации составляют введение, шесть глав, заключение и список литературы.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели и задачи работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, указана их научная новизна и практическая ценность, дана краткая аннотация полученных результатов по главам диссертации.

Первая глава носит обзорный характер. В ней сделан обзор различных систем, в которых наблюдаются слоистые ансамбли преципитатов, включая концентрационные флуктуации примесей, возникающие в условиях ионной имплантации. Подробно рассмотрены работы, в которых в условиях высокодозной имплантации бора в сильнолегированный бором кремний наблюдаются квазипериодические флуктуации полной концентрации бора [2831], которые авторы связали с преципитацией бора, однако, не представили экспериментальных доказательств. Эти концентрационные флуктуации далее будут сопоставлены с результатами численного моделирования расслоения ансамбля преципитатов бора на стадии Оствальдовского созревания, представленными в диссертации. Рассмотрена теоретическая работа Лифшица и Слезова [24], в которой развита модель Оствальдовского созревания однородного в пространстве ансамбля невзаимодействующих преципитатов в твердых растворах. Затем рассмотрены работы, описывающие стадию

Оствальдовского созревания ансамбля взаимодействующих преципитатов [26,27]. Особое внимание уделено работам Хайнига и Рейса [19-23], в которых авторы построили модель, описывающую расслоение неоднородного ансамбля взаимодействующих преципитатов. Проанализированы недостатки модели Хайнига и Рейса, которые ставят под сомнение принципиальную возможность описать расслоение в рамках модели Оствальдовского созревания. Сформулированы задачи, которые необходимо решить для построения корректной модели расслоения на стадии Оствальдовского созревания.

Вторая часть главы 1 посвящена анализу точечных и протяженных дефектов в кремнии, созданных имплантацией и термообработками. Показана эволюция дефектов от точечных дефектов к мелким кластерам междоузельных атомов и протяженным {113}-дефектам, дислокационным петлям. Рассмотрено влияние примеси бора, присутствующей в узловых позициях до имплантации, на процессы формирования протяженных дефектов. Далее описаны квазихимические реакции с участием атомов бора: реакция Уоткинса и кластеризация атомов бора с междоузельными атомами кремния, приводящие к образованию борсодержащих междоузельных кластеров (В1С). Приведен обзор по диффузии бора в кремнии, концентрационной зависимости коэффициента диффузии бора, переходной ускоренной диффузии бора за счет формирования высокоподвижных пар атомов бора с междоузельными атомами кремния. Сформулированы задачи, решение которых необходимо для установления механизма расслоения ансамбля преципитатов бора в кремнии.

Во второй главе описаны методы, используемые в диссертации. Анализ структурных дефектов и преципитатов бора, введенных в кремний с различным содержанием узлового бора Св0 -0, (0.8-К2.5)х1020см~3 при имплантации ионов бора с дозой 1х1015^-2х1016 см"2 и отжиге при Т=900-К070°С проведен с использованием методов просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), включая высокоразрешающую электронную микроскопию (ВРЭМ). Распределения атомов бора в электрически активных узловых положениях получены методом Холла в сочетании с послойным стравливанием. Коммерческая программа CiystalTRIM в составе пакета ISE TCAD использована для расчета общего количества точечных дефектов, генерированных и запасенных при имплантации. Численное моделирование эволюции ансамбля преципитатов бора и его концентрации в растворе на основе модели Оствальдовского созревания выполнялось разностными методами на пространственно-временной сетке с использованием расчетного компьютерного кластера Xeon 16 .

В третьей главе представлены результаты по анализу пространственного распределения концентрации электрически активного бора в образцах с исходным содержанием узлового бора в кремнии с концентрацией 2.5x1020 см"3 после высокодозной 1x1016 см"2 имплантации ионов бора и последующего высокотемпературного отжига при Т=900°С, где возникают квазипериодические флуктуации полной концентрации бора, а также в контрольных имплантированных образцах без предварительного введения узлового бора, где формируются только дислокационные петли Франка. Показано, что в образцах с флуктуациями полной концентрации бора устанавливается концентрация бора в узлах С&=1.3-1020 см"3, значительно меньше амплитуды флуктуаций (4-ИО)хЮ20см"3, что подтверждает деактивацию бора за счет преципитации.

В четвертой главе методами ПЭМ и ВРЭМ исследованы закономерности формирования преципитатов бора и протяженных дефектов при имплантации бора в Si. Установлено расслоение ансамбля преципитатов бора. Определены параметры ансамбля преципитатов. Сделаны оценки концентрации междоузельных атомов, запасенных после имплантации и термообработки в дислокационных петлях. На основе этих данных сконструирован профиль распределения собственных междоузельных атомов в имплантированных образцах. Показано, что в зависимости от соотношения концентрации бора в узловых позициях до имплантации Св0 и локальной концентрации собственных междоузельных атомов кремния Ci, введенных имплантацией, реализуется один из двух, конкурирующих механизмов кластеризации собственных I и узлового бора, приводящих к формированию либо протяженных дефектов (дислокационных петель Франка междоузельного типа), либо преципитатов бора. Показано, что при достижении порогового значения Сво=2.5хЮ20см"3 преципитаты бора формируются по всей глубине имплантированного слоя независимо от соотношения С\ и Св0.

В пятой главе рассмотрено применение классической модели Оствальдовского созревания для системы хаотически расположенных в ЗБ пространстве преципитатов, выполняющих роль локальных источников/стоков, в которой для учета взаимодействия преципитатов впервые применено приближение нестационарной диффузии примеси в растворе. При нахождении скорости роста преципитата, в качестве второго граничного условия принята концентрация в растворе в ближайшей окрестности преципитата, а не на бесконечном удалении, как в представленных в литературе моделях. Эти два уточнения позволяют непосредственным образом учесть взаимодействие между преципитатами и его влияние на скорость роста преципитата в произвольном окружении другими преципитатами из ансамбля. Корректность данной модели проверена в сопоставлении с аналитическим решением Лифшица-Слезова (ЬБАУ) для однородного ансамбля преципитатов. Показано, что расслоения ансамбля преципитатов бора, созданного имплантацией, в рамках классической модели Оствальдовского созревания не происходит.

В шестой главе представлены результаты применения модели Оствальдовского созревания для описания расслоения ансамбля преципитатов бора в условиях ионной имплантации. Показано, что введение в модель трех дополнений, учитывающих влияние неравновесных точечных дефектов на начальное состояние системы, преципитацию и диффузию атомов бора позволяет воспроизвести эффект расслоения ансамбля преципитатов бора с помощью численного моделирования. Первое дополнение: начальное распределение узлового бора в растворе определяется взаимодействием узлового бора с собственными междоузельными атомами кремния (реакцией Уоткинса), которая обеспечивает вытеснение атомов бора из узлов. Второе дополнение: преципитаты бора в кремнии формируются не одновременно по глубине образца, а последовательно, с краев имплантированного слоя к центру (Rp), с задержкой по времени, обусловленной высвобождением междоузельных атомов кремния из прекурсоров преципитатов (В/С-кластеров). Это дополнение базируется на литературных данных об экспоненциально спадающей с характерным временем т временной зависимости отжига 5/С-кластеров. Третье дополнение: диффузия бора ускоряется в условиях интенсивного роста преципитатов за счет испускания ими междоузельных атомов кремния, которые формируют высокоподвижные пары с узловым бором [48-51]. Предложен механизм расслоения в рамках модели Оствальдовского созревания. С помощью дополнительного моделирования раскрыта роль каждого из дополнений и показана необходимость всех трех дополнений для описания расслоения. Проведены сопоставления результатов моделирования с экспериментально установленными параметрами ансамбля преципитатов, такими как концентрация и размер преципитатов, профиль полной концентрации бора и концентрация бора в растворе, и отмечено их хорошее соответствие друг другу. Сделан вывод о применимости разработанной модели для описания расслоения ансамбля преципитатов бора в кремнии, созданного с помощью имплантации и термообработки.

В заключении перечислены основные результаты и выводы диссертации, указывается личный вклад автора в выполненную работу и принесены благодарности всем участникам работы.

Объем диссертации составляет 195 страниц, включая 29 рисунков и 3 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 149 наименований.

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты и выводы:

1) В кремнии, исходно легированном бором до концентрации Св0-2.5x1020см"3, при последующей имплантации бора с дозой (1+-2)х1016см"2 и отжиге при Т=900-1075°С, обеспечивающем меньшую растворимость бора в узлах, формируется слоистый па глубине ансамбль преципитатов бора, ответственный за известные квазипериодические флуктуации полной концентрации бора по глубине.

2) Методом Холла при послойном стравливании измерено распределение концентрации электрически активного бора по глубине в образце со слоистым ансамблем преципитатов, сформированном при Т=900°С. Показано, что во всех образцах устанавливается концентрация бора в узлах Свз=1.3-1020 см'3, значительно меньшая флуктуаций бора в максимумах (4-ИО)хЮ20см"3. Это подтверждает деактивацию бора за счет преципитации.

3) Концентрация бора в узлах Св0=2.5хЮ20см'3 является пороговой, начиная с которой формирование преципитатов в условиях высокодозной имплантации бора и отжига не зависит от локальной концентрации междоузельных атомов кремния С/ в имплантированном слое и обеспечивает деактивацию основной доли внедренного бора.

4) В условиях высокодозной имплантации бора в слаболегированный бором кремний (Сво<0.8хЮ20см*3) и последующего отжига при Т=900°С в области среднего проецированного пробега ионов (Яр), где С/>>СВо, преципитаты не образуются, а формируется слой дислокационных петель Франка междоузельного (Т-)-типа, в котором деактивация основной доли имплантированного бора, обусловлена захватом бора в плоскость петель Франка /-типа при их росте. Если при этом Сво^Своь то по бокам дислокационного слоя, где С1<Св0 формируются преципитаты бора.

5) Установлен количественный критерий, разграничивающий два конкурирующих процесса кластеризации междоузельных атомов кремния (7) и узлового бора, который определяется соотношением концентраций бора в узлах при исходном легировании (Св0) и междоузельных атомов кремния (С/), введенных имплантацией. При С1»Св0 реализуется последовательность реакций В0+1=ВЛ, В^1=ВД2 и BJ2+nI, обеспечивающая зарождение дислокационных петель Франка /-типа и деактивацию бора при последующем захвате комплексов Д/ при росте петель. При С1<СВо реакции В0+1=В</, Во1+В0=В21 и ВЛ+тВЛ приводят к зарождению преципитатов бора и его деактивации.

6) Модель Оствальдовского созревания применена для описания ансамбля преципитатов бора в кремнии, возникающего в условиях ионной имплантации. В реализованной модели впервые использовано приближение нестационарной диффузии примеси в растворе между преципитатами. Показано, что в рамках классической модели Оствальдовского созревания расслоения по глубине неоднородного ансамбля преципитатов бора не происходит.

7) Для описания расслоения ансамбля преципитатов бора по глубине, возникающего в условиях имплантации и отжига, на основе модели Оствальдовского созревания необходимо учесть реакции взаимодействия I и узлового бора и кинетику формирования преципитатов: а)- начальное распределение узлового бора в растворе устанавливается неоднородным, имеющим провал в центре имплантированного слоя (Яр) за счет реакции вытеснения атомов бора из узлов междоузельными атомами кремния; б)- преципитаты формируются последовательно, от краев имплантированного слоя к центру, с задержкой по времени, связанной с высвобождением междоузельных атомов кремния из прекурсоров преципитатов; в)- диффузия бора ускоряется за счет эмиссии междоузельных атомов кремния растущими преципитатами и их взаимодействия с узловым бором в растворе.

8) Из результатов моделирования получена величина поверхностной энергии границы раздела для преципитата бора состава 81В3 с окружающей его кремниевой матрицей. Она составляет величину Е=8.5е14 эВ/см2=1360 эрг/см2, что соответствует 0.5 эВ/атом.

Данная диссертационная работа проводилась в лаборатории №19 при тесном сотрудничестве с лабораторией №20 Института физики полупроводников СО РАН. Подготовка образцов, сопровождение экспериментов, разработка программ для

191 автоматизации измерений эффекта Холла, проведение электрофизических измерений, обработка первичных экспериментальных данных, формулировка физико-математической модели процесса преципитации, ее программная реализация с помощью численных методов и моделирование процесса преципитации выполнялись автором лично. Интерпретация полученных результатов и написание статей проводились совместно с соавторами опубликованных работ. Автор благодарит В.И. Ободникова за измерения методом ВИМС на ионном микрозонде MIQ-256, В.Г. Серяпина и A.B. Родькина за выполнение технологической операции имплантации, В.П. Попову за проведение отжигов. Автор признателен Е.Г. Тишковскому, A.A. Таскину, Б.А. Зайцеву за обсуждение результатов и полезные советы на первых стадиях работы. Автор выражает свою благодарность всему коллективу лаборатории №19 за доброжелательную поддержку во время работы и, особенно, Б.И. Фомину за неоценимые консультации и советы по технологическим операциям, а также поддержку при выполнении технологических операций на кремниевой линейке. Считаю своим долгом помянуть добрым словом светлую память покойного зав. лаб. №19 Е.И. Черепова и выразить ему свою признательность за понимание и доброжелательное отношение к данной работе. Также автор благодарен всем сотрудникам нашего института, помогавшим в работе. Л.Д. Покровскому автор признателен за исследования методом дифракции быстрых электронов на отражение (RHEED) и помощь в первый период поиска. А.Р. Новоселову автор благодарен за обучение методу лазерного скрайбирования и предоставление в пользование своей установки для лазерных сколов. Д.В. Щеглову спасибо за поиск выделения фазы бора методом АСМ как на планарных стравленных образцах, так и в нетривиальном исполнении на поперечных сколах. С.А. Тийсу автор признателен за наши совместные попытки провести измерение методом СТМ на поперечных сколах в поисках преципитатов. Т.А. Гавриловой — за поиск преципитатов на сколах методом сканирующей электронной микроскопии. Так же спасибо всем тем сотрудникам нашего института, к кому автор обращался за советом или помощью. Спасибо и светлая память С.И. Чикичеву, который посоветовал обратиться в лаб.20 и исследовать эффект расслоения электронно-микроскопическими методами. Автор признателен А.Г. Черкову, с которым нам удалось обнаружить преципитаты бора методом просвечивающей электронной микроскопии. Автор выражает ему свою благодарность за препарирование образцов (часть планарных образцов автор препарировал самостоятельно) и за измерения методом ПЭМ. Автор признателен А.К. Гутаковскому за проведение им ВРЭМ исследований. Автор также благодарен зав. лаб. №20 A.B. Латышеву и всему коллективу лаборатории №20 за оказанную поддержку. Спасибо и.о. зав. лаб. №19 Л.К. Попову и всему коллективу лаборатории №19 за понимание, поддержку и доброжелательное отношение к автору и его работе. Большое спасибо М.Г. Курносову, коллективам Центра параллельных вычислительных технологий ГОУ ВПО СибГУТИ и лаборатории вычислительных систем ИФП и их руководителю В.Г. Хорошевскому за предоставленные автору для проведения численных расчетов ресурсов на расчетном кластере Xeon 16. Спасибо научному руководителю — Фединой Людмиле Ивановне, за неоценимую помощь в интерпретации и обсуждении результатов электронной микроскопии, консультации и советы по части дефектов в кремнии, а также критические замечания по содержанию диссертации. i I

Заключение.

В диссертации с помощью прямых структурных методов (просвечивающая и высокоразрешающая электронная микроскопия) и численного моделирования на основе модели Оствальдовского созревания подробно исследован процесс формирования слоистого ансамбля преципитатов бора в сильно легированном бором кремнии в условиях высокодозной имплантации бора и отжига. Проведен анализ типов дефектов структуры (дислокационные петли, преципитаты бора) и их пространственных распределений в имплантированном слое. Сделаны оценки концентраций атомов бора, запасенных в преципитатах, и точечных дефектов, запасенных в дислокационных петлях. Эти оценки использованы для воссоздания профиля распределения концентрации собственных междоузельных атомов в имплантированном слое и выработки критерия, определяющего процесс кластеризации бора и междоузельных атомов в виде протяженных дефектов или преципитатов. Показано, что модель Оствальдовского созревания модель хорошо описывает пространственное расслоение ансамбля преципитатов бора в условиях имплантации и отжига. Для этого необходимо учесть влияние неравновесных точечных дефектов, обусловливающих неоднородное распределение узлового бора, последовательное зарождение преципитатов от краев имплантированного слоя к центру и ускоренную преципитацией диффузию узлового бора.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Феклистов, Константин Викторович, Новосибирск

1. Semiconductor Nanostructures for Optoelectronic Applications / edited by T. Steinen // Artech House, Boston-London, 2004.

2. Grutzmacher D. Three-Dimensional Si/Ge Quantum Dot Crystals. / D. Grutzmacher, T. Fromherz, C. Dais, J. Stangl, E. Muller, Y. Ekinci, H. H. Solak,

3. H. Sigg, R. T. Lechner, E. Wintersberger, S. Birner, V.Holy and G.Bauer // Nano Lett., Vol.7, No. 10, 2007, pp.3150-3156

4. Леденцов, H. H. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры (Обзор) / Н Н. Леденцов, В. М. Устинов, В. А. Щукин, П.

5. C. Копьев, Ж. И. Алферов, Д. Бимберг // ФТП. 1998. - Т. 32, Вып. 4. - С. 385-410.

6. Lagzi f. Liesegang Rings Engineered from Charged Nanoparticles. / I. Lagzi, B. Kowalczyk and B. A. Grzybowski. // J. Am. Chem. Soc., 2010, 132 (1), pp 58-60;

7. Lagzi. Nanoparticle Oscillations and Fronts. /1. Lagzi, Bartlomiej Kowalczyk, Dawei Wang, and Bartosz A. Grzybowski. // Angewandte Chemie International Edition, Volume 49, Issue 46, pages 8616-8619, 2010.

8. J.H.Evans. Observations of a Regular Void Array in High Purity Molybdenum irradiated with 2 MeV Nitrogen Ions. / J.H.Evans. //Nature 229 (1971) 403-404

9. D.I.R.Norris. Voids in irradiated metals (part I). / D.I.R.Norris // Rad.Effects, v.14, pp. 1-37 (1972); D.I.R.Norris. Voids in irradiated metals (part II). /

10. D.I.R.Norris. // Rad.Effects, v.15, pp.1-22 (1972)

11. M. W. Sckerl. Precipitate coarsening and self organization in erbium-doped silica. / M. W. Sckerl, S. Guldberg-Kjaer, M. Rysholt Poulsen, and P. Shi, J. Chevallier. // Phys. Rev. В 59 (1999) 13494 — 13497

12. A. Shojai. Diffusion of ion implanted neodymium in silica. / A. Shojai, G. T. Reed, and C. Jeynes, //J. Phys. D: Appl. Phys. 25 (1992) 1280-1283

13. P. F. P. Fichtner. Precipitate coarsening and Co redistribution after ion implantation in silicon. / P. F. P. Fichtner, W. Jaeger, K. Rademacher, and S. Mantl, // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 59/60 (199f) 632.

14. C. Mohr. Formation of silver particles and periodic precipitate layers in silicate glass induced by thermally assisted hydrogen permeation. / C. Mohr, M. Dubiel and H. Hofmeister, // J.Phys.: Condens. Matter 13 (2001) 525-536.

15. P. L. F.,Hemment et al. Ion beam synthesis of thin buried layers ofSi02 in silicon, / PLF Hemment, KJ Reeson, JA Kilner, RJ Chater, C Marsh, GR Booker, GK Celler, J Stoemenos //Vacuum 36 (1986) 877

16. E. Tishkovsky. Influence of amorphization—recrystallization processes ondistribution of selenium and oxygen atoms implanted in silicon. / E. Tishkovsky, K. Feklistov, A. Taskin, M. Zatolokin. //Vacuum 70 (2003) 153-156

17. L. A. Maximov. Diffusion interaction in the void system and stability of the void lattice under annealing. / L. A. Maximov, A. I. Ryasanov, // Rad.Effect, 51 (1980) 197

18. L. A. Maksimov. Self-organization of precipitates during Ostwald ripening. / L. A. Maksimov, A. I. Ryazanov, К. -H. Heinig and S. Reiss, // Physics Letters A 2131996) 73

19. V.G.Karpov. Large-scale fluctuations in the diffusive decomposition of solid solutions. / V.G.Karpov, M.Grimsditch//Phys.Rev. В 51 (1995) 518152

20. Borodin V. A. Self-organization kinetics in finite precipitate ensembles during coarsening. / V. A. Borodin, K. -H. Heinig, S. Reiss. // Phys.Rev. В 56 No.91997) pp 5332-5344

21. S. Reiss. Self-structuring of buried Si02 precipitate layers during IBS: A computer simulation. / S. Reiss and K. -H. Heinig, // Nucl. Instrum. and Meth. В 112(1996) 223;

22. S. Reiss. Computer simulation of mechanisms of the SIMOXprocess. / S. Reiss and K.H. Heinig, //Nucl. Instrum. and Meth. В 102 (1995) 256;

23. Reiss S. Experimental study and modeling of structure formation in buried layers at ion beam synthesis. / S. Reiss, R. Weber, К. -H. Heinig and W. Skorupa. // Nucl. Instrum. and Meth. В 89 (1994) 337

24. Reiss S. Ostwald ripening during ion beam synthesis a computer simulation for inhomogeneous systems. / S.Reiss, K.-H.Heinig. // Nucl. Instrum. and Meth. В 84 (1994)^.229

25. C. Wagner. Theorie Der Alterung Von Niederschlagen Durch TJmlosen (OstwaldReifung). / C. Wagner. //Z. Elektrochem. 65 (1961) 581

26. P.W.Voorhees. The theory of Ostwald Ripening. / P.W.Voorhees // Journal of Statistical Physics, Vol. 38, Nos.1/2, 1985 pp231-235

27. Jian Hua Yao. Theory and simulation of Ostwald ripening. / Jian Hua Yao, K.R.Elder, Hong Guo, and Martin Grant. // Phys.Rev. В 47 (1993) 14110

28. Мясников A. M. Формирование слоистой структуры в распределении атомов бора в кремнии, инициированное ионной имплантацией. / Мясников А. М., Ободников В. И., Серяпин В. Г., Тишковский Е. Г., Фомин Б. И., Черепов Е. И. // Письма в ЖЭТФ Т. 60 (1994) 96-98

29. Мясников А. М. Формирование квазипериодического распределения бора в кремнии, инициированное ионной имплантацией. / Мясников А. М., Ободников В. И., Серяпин В. Г., Тишковский Е. Г., Фомин Б. И., Черепов Е. И.//ФТП31 (1997)338-341

30. Ободников В. И. Влияние исходного уровня легирования бором на его распределение, возникающее при термообработке в облученном ионами бора кремнии. I Ободников В. И., Тишковский Е. Г. // ФТП 32 (1998) 417

31. P.Baruch. Radiation defects and impurity diffusion in silicon. II Inst. Phys.Conf.Ser. N31 (1977) pl26

32. Г.А. Качурин, Восходящая диффузия примеси при ионном облучении нагретого кремния : численное моделирование. / Г.А. Качурин, Г.В. Гадияк,

33. B.И. Шатров, И.Е. Тысченко. // ФТП т.26 (1992) стр. 1977; G.V.Gadiyak, The modeling of radiation enhanced diffusion of boron in silicon. / G.V.Gadiyak, G.A.Kachurin, V.I.Shatrov, I.E.Tyshchenko // J. of Mechanical behaviour of materials. 5 (1994) 307

34. P. A. Stolk. Physical mechanisms of transient enhanced dopant diffusion in ion-implanted silicon. / P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, D. J. Eaglesham, D. C. Jacobson,

35. C. S. Rafferty, G. H. Gilmer, M. Jaraiz, J. M. Poate, H. S. Luftman, and T. E. Haynes-. // J. Appl. Phys. 81, 6031 (1997)

36. D. J. Eaglesham Implantation and transient В diffusion in Si: The source of the interstitials. / D. J. Eaglesham, P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, and J. M. Poate II Appl. Phys. Lett. 65, 2305 (1994).

37. P.A. Stolk. Implantation and transient boron diffusion: The role of the silicon self-interstitial. / P.A. Stolk, H.-J. Gossmann, D.J. Eaglesham, J.M. Poate, // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. В 96, 187 (1995).

38. С. Bonafos. Transient enhanced diffusion of boron in presence of end-of-range defects, / C. Bonafos, M. Omri, B. de Mauduit, G. BenAssayag, A. Claverie, D. Alquier, A. Martinez, and D. Mathiot. // J. Appl. Phys. 82, 2855 (1997).

39. E. J. H. Collart. Cluster formation during annealing of ultra-low-energy boron-implanted silicon. /Е. J. H. Collart, A. J. Murrell, and M. A. Foad, J. A. van den

40. Berg, S. Zhang, D. Armour, and R. D. Goldberg, T.-S. Wang and A. G. Cullis, T. Clarysse and W. Vandervorst. // J. Vac. Sci. Technol. B 18, 435 (2000) .

41. G. Mannino. Issues on boron electrical activation in silicon: Experiments on boron clusters and shallow junctions formation. / G. Mannino, V. Privitera, S. Solmi, N.E.B. Cowern. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 186 (2002) 246255.

42. L. Pelaz. B cluster formation and dissolution in Si: A scenario based on atomistic modeling. / L. Pelaz, G. H. Gilmer, H.-J. Gossmann, C. S. Rafferty, M. Jaraiz, and J. Barbolla. //Appl. Phys. Lett 74, 3657 (1999).

43. M. J. Caturla. The fraction of substitutional boron in silicon during ion implantation and thermal annealing. / M. J. Caturla, M. D. Johnson and T. D. de la Rubia. //Appl. Phys. Lett. 72, 2736 (1998).

44. W. Windl. First-Principles Modeling of Boron Clustering in Silicon. / W. Windl, Xiang-Yang Liu, and M. P. Masquelier. // Phys. Stat. Sol. (b) 226, 37 (2001) .

45. T. J. Lenosky. Ab initio energetics of boron-interstitial clusters in crystalline Si. / T. J. Lenosky, B. Sadigh, S. K. Theiss, M.-J. Caturla, T. D. de la Rubia. // Appl. Phys. Lett., 77,1834 (2000).

46. W. Luo. Tight-binding studies of the tendency for boron to cluster in c-Si. II. Interaction of dopants and defects in boron-doped Si. / W. Luo, P. B. Rasband, P. Clancy and B. W. Roberts. // J. Appl. Phys. 84, 2476 (1998).

47. T. E. Haynes. Interactions of ion-implantation-induced interstitials with boron at high concentrations in silicon. / T. E. Haynes, D. J. Eaglesham, P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, D. C. Jacobson, and J. M. Poate. //Appl. Phys. Lett. 69, 1376 (1996).

48. A.D. Lilak. Evolution of {311} type defects in boron-doped structures: Experimental evidence of boron-interstitial cluster formation. / A.D. Lilak, S.K. Earles„M.E. Law, and K.S. Jones. //Appl. Phys. Lett. 74, 2038 (1999).

49. C. Bonafos. The effect of boron doping level on the thermal behavior of end-of— range defects in silicon. / C. Bonafos, A. Claverie, D. Alquier, C. Bergaud, A. Martinez, L.Laanab, and D. Mathiot. //Appl. Phys. Lett. 71, 365 (1997).

50. W. Windl. First-Principles Study of Boron Diffusion in Silicon. / W. Windl, M.M. Bunea, R. Stumpf, S.T. Dunham, M.P. Masquelier, // Phys. Rev. Lett., 83, 4345 (1999).

51. B.Sadigh. Mechanism of Boron Diffusion in Silicon: An Ab Initio and Kinetic Monte Carlo Study. / B.Sadigh, T.J.Lenosky, S.K.Theiss, M.Caturla, T.D. de la Rubia, and M.A.Foad, // Phys. Rev. Lett. 83, 4341-4344 (1999).

52. M. Hakala. First-principles calculations of interstitial boron in silicon. / M. Hakala, M. J. Pushka, R. M. Nieminen, // Phys.Rev. B, 61, 8155 (2000).

53. R. E. Liesegang, Uber einige Eigenschaften von Gallerten. / R. E. Liesegang // Naturw. Wochschr. 11, 353 (1896)53. http://www.insilico.hu/liesegang/history/history.html

54. Kurt H. Stern. The Liesegang Phenomenon. / Kurt H. Stern // Chem. Rev., 1954, 54 (1), pp 79-99

55. W. Ostwald, Lehrbuch der allgemeinen Chemie /ed. by W. Ostwald // Engelman, Leipeig (1897) p. 778.

56. S. Prager. Periodic Precipitation. / S. Prager, // J.Chem.Phys. 25(4) (1956) p.279

57. G. Venz. Nucleation and colloidal growth in concentration gradients (Liesegangrings). / Gerd Venzl and John Ross, // J.Chem.Phys. 77(3) (1982) pp 13 02-1307;200

58. Gerd V. Comment on pattern formation in precipitation processes. / Gerd Venzl and John Ross, //J.Chem.Phys. 77(3) (1982) ppl308-1313

59. D.Feinn. Spontaneous pattern formation in precipitating systems. / D.Feinn, P.Ortoleva, W.Scalf, S.Schmidt, and M.Wolff, // J.Chem.Phys. 69(1) (1978) pp27-39

60. G. T. Dee. Patterns Produced by Precipitation at a Moving Reaction Front. / G. T. Dee. // Phys. Rev. Lett. 57, 275-278 (1986).

61. S.Solmi. High-concentration boron diffusion in silicon: Simulation of the precipitation phenomena. / S.Solmi, E.Landi, and F.Baruffaldi. // J. Appl. Phys. 68 (1990)3250.

62. V.E.Borisenko. Steady-State Solubility of Substitutional Impurities in Silicon. / V.E.Borisenko and S.Y.Yudin. //Phys. Stat. Sol., (a)101 (1987) 123.

63. W. K. Hofker. Influence of annealing on the concentration profiles of boron implantations in silicon. / W. K. Hofker, H. W. Werner, D. P. Oosthoek and H. A. M. de Grefte. // Appl.Phys. A 2 (1973) 265-278

64. Ионная имплантация / Х.Риссел, И.Руге. // (М., Наука, 1983)

65. Гиббоне. Ионное внедрение в полупроводниках. Часть II. Образование и отжиг радиационных нарушений. / Гиббоне // ТИИЭР т.60 (1972) стр.53-94

66. А.Р. Челядинский. Дефектно-примесная инженерия в имплантированном кремнии. / А.Р. Челядинский, Ф.Ф. Комаров. // УФН т. 173, №8 (2003) стр.813846

67. Справочник no математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ. / И.Н. Бронштейн, К.А.Семендяев. / (М., Наука, 1980 ) с.786.

68. J. F. Ziegler, J. P. Biersack and U. Littmark. http://www.srim.org/

69. M. D. Giles. Transient Phosphorus Diffusion Below the Amorphization Threshold. / M. D. Giles //J. Electrochem. Soc. 138, 1160 (1991).

70. D. J. Eaglesham. Implant damage and transient enhanced diffusion in Si. / D. J. Eaglesham, P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, Т. E. Haynes, and J. M. Poate, // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. В 106,191 (1995).

71. M. B. Huang. Trapping of Si interstitials in boron doping background: Boron clustering and the "+1" model. / M. B. Huang and I. V. Mitchell. // J. Appl. Phys. 85, 174(1999)

72. P. Ehrhart. Bound vacancy interstitial pairs in irradiated silicon. / P. Ehrhart, H. Zillgen, // NIM В 127-128 p27-31 (1997).

73. L. I. Fedina. Study of interaction of point defects with dislocations in silicon by means of irradiation in an electron microscope / L. I. Fedina, A. L. Aseev, // Phys. stat. sol. (a) v.95 (1986) p 517-529.

74. N. E. B. Cowern. Energetics of Self-Interstitial Clusters in Si. / N. E. B. Cowern, G. Mannino, P. A. Stolk, F. Roozeboom, H. G. A. Huizing, J. G. M. van Berkum, F. Cristiano, A. Claverie, and M. Jaraiz, // Phys. Rev. Lett. 82, 4460 (1999)

75. C J.Ortiz. A physically based model for the spatial and temporal evolution of self-interstitial agglomerates in ion-implanted silicon. / C.J.Ortiz, P.Pichler, and T.Fuhner, F.Cristiano, B.Colombeau and N.E.B.Cowern, // J. Appl. Phys. 96, 4866 (2004)

76. F. Schiettekatte. Direct evidence for 8-interstitial-controlled nucleation of extended defects in c-Si / F. Schiettekatte, S. Roorda, R. Poirier, M. O. Fortin, S.

77. Chazal, and R. Heliou. // Appl. Phys. Lett. 77, 4322 (2000)

78. M. P. Chichkine. Growth of Precursors in Silicon Using Pseudopotential Calculations / M. P. Chichkine, M. M. De Souza, and E. M. Sankara Narayanan, // Phys. Rev. Lett. 88, 085501 (2002)

79. L. Colombo. Native defects and their interactions in silicon / L. Colombo. // Physica B: Condensed Matter, Volumes 273-274, (1999), Pages 458-462 .

80. J. Zhu. Ab initio pseudopotential calculations ofB diffusion and pairing in Si. / J.203

81. Zhu, T,D. dela Rubia, L.H. Yang, C. Mailhiot, G. H. Gilmer. // Phys. Rev. В 54, 4741 (1996)

82. A.Claverie. Extended defects in shallow implants / A.Claverie, B.Colombeau, B.De Mauduit, C.Bonafos, X.Hebras, G.Ben Assayag, F.Cristiano, // Appl.Phys.A 76, 1025 (2003)

83. Cristiano F. Ion beam induced defects in crystalline silicon. / Cristiano F, Cherkashin N, Hebras X, Calvo P, Lamrani Y, Scheid E, de Mauduit B, Colombeau B, Lerch W, Paul S, Claverie A, // Nucl Instrum Meth В 216 pp.46-56 (2004).

84. J. Kirn. Stability of Si-Interstitial Defects: From Point to Extended Defects. / Jeongnim Kim, Florian Kirchhoff, John W. Wilkins and Furrukh S. Khan, // Phys. Rev. Lett. 84, 503-506 (2000).

85. Л.И.Федина. Взаимодействие точечных дефектов с атомами бора и фосфора в кристаллах Si при большой скорости генерации пар Френкеля. / Л.И.Федина, А.Л.Асеев. // ФТТ, т.32, в.1, с.60-68 (1990).

86. Л.И. Федина, О рекомбинации и взаимодействии точечных дефектов с поверхностью при кластеризации точечных дефектов в Si. // ФТП, том 35, вып. 9, стр. 1120 (2001).

87. Seiji Takeda, An Atomic Model of Electron-Irradiation-Induced Defects on {113} in Si. // Jpn. J. Appl. Phys. 30 (1991) pp. L639-L642.

88. M. Kohyama. Atomic structure and energy of the {113} planar interstitial defects in Si / Masanori Kohyama, Seiji Takeda. // Phys. Rev. В 46, 12305-12315 (1992); M. Kohyama. Tight-binding study of the {113} planar interstitial defects in Si /

89. Masanori Kohyama, Seiji Takeda. // Phys. Rev. В 51, 13111-13116 (1995); J. Kim. Extended Si {311} defects. / J. Kim, J.W. Wilkins, F.S. Khan, A. Canning, // Phys. Rev. В 55, 16186-16197 (1997).

90. K.S. Jones. Studies of the interactions between (311) defects and type I and II dislocation loops in Si+ implanted silicon. / K.S. Jones, J. Liu, V. Krishnamoorthy, L. Zhang, R.T. DeHoff. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. В 106, 227-232 (1995).

91. K.S. Jones. Systematic Analysis of Defects in Ion Implanted Silicon. / K.S. Jones, S. Prussin, and E.R.Weber. // Appl. Phys. A 45 (1988) 1-34.

92. Дж. Хирт. Теория Дислокаций. / Дж. Хирт, И. Лоте. // Москва. Атомиздат. 1972 г. стр. 262.

93. Асеев А.Л. О структуре дефектов упаковки окисления в кремнии / Асеев А.Л., Цтглер М., Федина Л.И., // ПОВЕРХНОСТЬ. Физика, химия, механика N10 (1985) стр. 70-77.

94. С. T. Chou. {111} defects in 1-MeV-silicon-ion-implanted silicon. / С. T. Chou, D. J. H. Cockayne, J. Zou, P. Kringhoj, and C. Jagadish, // Phys.Rev. В v.52 pp,17223-17230 (1995).

95. L.Fedina. On the mechanism of {lll}-defects formation in silicon studied by in situ electron irradiation in a high resolution electron microscope. / L.Fedina,t

96. A.Gutakovskii, A.Aseev, J.Van Landuyt and J.Vanhellemonts, // Philosophical Magazine A, 1998, Vol.77, No.2, pp.423-435.

97. C. Bonafos. Ostwald Ripening of end-ofrange defects in silicon. / C. Bonafos, D.

98. Mathiot, and A. Claverie, // J. Appl. Phys. Vol. 83 (1998), pp.3008-3017.

99. C. Bonafos. Transient enhanced diffusion of dopant in preamorphised Si: The role of EOR defects / C. Bonafos, A. Martinez, M.M. Faye, C. Bergaud, D. Mathiot, A. Claverie, // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 106, 222-226 (1995).

100. G.D. Watkins. Defects in irradiated silicon: EPR and electron-nuclear double resonance of interstitial boron. / G.D. Watkins. // Phys. Rev. B 12 (1975) 5824

101. J. R. Troxell. Interstitial boron in silicon: A negative-U system. / J. R.206

102. Troxell and G. D. Watkins, //Phys. Rev. В 22, 921-931 (1980).

103. J. Zhu, Ab initio pseudopotential calculations of dopant diffusion in Si II Comput. Mater. Sci. 12, (1998), 309-318.

104. P. A. Stolk. Trap-limited interstitial diffusion and enhanced boron clustering in silicon. / P. A. Stolk, H.-J. Gossmann, D. J. Eaglesham, D. C. Jacobson, and J. M. Poate, H. S. Luftman. //Appl. Phys. Lett. 66 (1995) 568.T

105. F. Cristiano. Clusters formation in ultralow-energy high-dose boron-implanted silicon. / F. Cristiano, X. Hebras, N. Cherkashin, A. Claverie, W. Lerch, and S. Paul. //Appl. Phys. Lett. 83, 5407 (2003).

106. L. Pelaz. В diffusion and clustering in ion implanted Si: The role of В cluster precursors. / L. Pelaz, M. Jaraiz, G. H. Gilmer, H.-J. Gossmann, C. S.t

107. Rafferty, D. J. Eaglesham, and J. M. Poate. //Appl. Phys. Lett. 70, 2285 (1997).

108. H.K. Калиткин. Численные методы II (M., Наука, 1978) di.9, с.368.

109. А. А. Самарский. Теория разностных схем // (М., Наука, 1983.) гл. 3, с. 141.

110. Numerical Recipes in С, // (Cambridge University Press, 2002) pp.855-856

111. P. M. Fahey. Point defects and dopant difflsion in Si. / P. M. Fahey, P. B. Griffin and J. D. Plummer. // Rev. Mod. Phys. 61, 289 (1989).

112. R. B. Fair. Modeling Rapid Thermal Diffusion of Arsenic and Boron in

113. Silicon. / R. В. Fair, J. J. Wortman, and J. Liu. // J. Electrochem. Soc. 131 2387 (1984).

114. S.Solmi. Diffusion of boron in silicon during post-implantation annealing. / S.Solmi, F.Baruffaldi, R.Canteri. //J.Appl.Phys. 69 (1991) 2135-2142.

115. L. H. Zhang. Transient enhanced diffusion without {311} defects in low energy B+-implanted silicon. / L. H. Zhang, K. S. Jones, P. H. Chi, and D. S. Simons. // Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 2025.

116. A. Agarwal. Boron-enhanced diffusion of boron from ultralow-energy ion implantation. I A. Agarwal, H.-J. Gossmann, D. J. Eaglesham, S. B. Herner, A. T. Fiory, and Т. E. Haynes. //Appl. Phys. Lett. 74, 2435 (1999).

117. N. E. B. Cowern. Boride-enhanced diffusion in silicon: Bulk and surface layers. / N. E. B. Cowern, M. J. J. Theunissen, F. Roozeboom, and J. G. M. van Berkum. //Appl. Phys. Lett. 75, 181 (1999).

118. П. Хирш. Электронная микроскопия тонких кристаллов. / П. Хирш, А. Хови, Р. Николсон, Д. Пэшли, М. Уэлан. // Москва: Мир. 1968г.

119. Г. Томас. Просвечивающая электронная микроскопия материалов. / Г. Томас, М.Дж. Гориндж. // М.: Наука, 1983.

120. JI. М. Утевский. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. //М.: Металлургия, 1973.

121. Дж. Спенс. Экспериментальная электронная микроскопия высокого разрешения. IIМ.: Наука, 1986.

122. Richard L.Petritz, Theory of an experiment for measuring the mobility and density of carriers in the space-charge region of a semiconductor surface. И

123. Physical Review (1958), Vol.l 10, No.6, pp.1254-1262.

124. Кучис E.B. Методы исследования эффекта Холла. Il M.: Советское радио, 1974. 328с.

125. Фистуль В.И. Сильно легированные полупроводники. IIМ.: Наука, 1967.

126. Бонч-Бруевич B.JL Физика полупроводников. / Бонч-Бруевич B.JL, Калашников С.Г. // М.: Наука, 1977.

127. Won-Eui Hong. Activation and deactivation in heavily boron-doped silicon using ultra-low-energy ion implantation. / Won-Eui Hong and Jae-Sang Ro. // J.Appl.Phys 97, 013530 (2005).

128. E.Landi. Electrical Activation of Boron-Implanted Silicon During Rapid Thermal Annealing. / E.Landi, A.Armigliato, S.Solmi, R.Kogler and E.Wieser. // Appl. Phys. A47, 359 (1988).

129. W.K.Hofker. Boron implantations in silicon: A comparison of charge carrier and boron concentration profiles. / W.K.Hofker, H.W.Werner, D.P.Oosthoek, and N.J.Koeman. // Appl.Phys. 4 (1974) 125-133.

130. J.C.North. Channeling Study of Boron-Implanted Silicon. / J.C.North, W.M.Gibson. //Appl. Phys. Lett. 16 (1970) 126.

131. T.E.Seidel. The isothermal annealing of boron implanted silicon. / T.E.Seidel, A.U.Mac Rae. //Rad.Effects 7 (1971) 1.

132. E.Wieser. Electrical activation and damage annealing of boron-implanted silicon by flash-lamp irradiation. / E.Wieser, D.Panknin. // Phys.Stat.Solidi (a) 82 (1984) '171.

133. G. L. Vick. Solid Solubility and Diffusion Coefficients of Boron in Silicon. / G. L. Vick and К. M. Whittle. // J. Electrochem. Soc. 116 (1969) 1142.

134. F.N.Schwettmann. Characterization of incomplete activation of high-dose boron implants in silicon. II J. Appl. Phys. 45 (1974) 1918.

135. K. Feklistov. Boron nonuniform precipitation in Si at the Ostwald ripeningstage. / Konstantin Feklistov, Ludmila I. Fedina. // Physica В 404 (2009) 46414644

136. K.B. Феклистов. Преципитация бора в Si при высокодозной имплантации / К.В. Феклистов, Л.И. Федина, А.Г. Черков. // ФТП, 2010 г. том 44, вып. 3, стр 302-305.

137. S.M. Myers. Metal gettering by boron-silicide precipitates in boron-implanted silicon. / S.M. Myers, G.A. Petersen, T.J. Headley, J.R. Michael, T.L. Aselage, C.H. Seager. //Nucl. Instrum. Meth. В 127-128 (1997) 291.

138. I. Mizushima. Precipitation of Boron in Highly Boron-Doped Silicon. / I. Mizushima, Y. Mitani, M. Koike, M. Yoshiki, M. Tomita and S. Kambayashi. // JpnJ.Appl.Phys. 37 (1998) 1171-1173, Pt.l,No.3B .

139. J. L. Hoard. On the structure of elementary boron. / J. L. Hoard, S. Geller, R. E. Hughes. // J. Am. Chem. Soc. 73 (1951) 1892-1893.

140. Г.В.Самсонов. Бор его соединения и сплавы. / Г.В.Самсонов, Л.Я.Марковский, А.Ф.Жигач, М.Г.Валяшко. // Изд. Акад. Наук Украинской ССР, Киев 1960.

141. Программа Crystal-TRIM из комплекса программ Synopsys ISE TCAD Release 10.0.

142. Е.Г. Тишковский. Перераспределение атомов фосфора, имплантированных в сильно легированный бором кремний. / Е.Г. Тишковский, В.И. Ободников, А.А. Таскин, К.В. Феклистов, В.Г. Серяпин. // ФТП, 2000, том 34, вып. 6, стр. 655-659.