Радиационно-стимулированное формирование нитрида кремния в кремнии при последовательном облучении встречными пучками ионов азота и аргона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

СДОБНЯКОВ Виктор Владимирович

РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ НИТРИДА КРЕМНИЯ В КРЕМНИИ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ ОБЛУЧЕНИИ ВСТРЕЧНЫМИ ПУЧКАМИ ИОНОВ АЗОТА И АРГОНА

01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2006 г.

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.ИЛобачевского

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Демидов Е.С.

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Титов Андрей Иванович кандидат физико-математических наук, доцент Скупов Владимир Дмитриевич

Ведущая организация

Казанский физико-технический институт им. Е.К.Завойского КазНЦ РАН.

Защита состоится «20» сентября 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета Д212.166.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им.Н.И.Лобачевского по адресу: 603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп.З (НИФТИ).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского.

Автореферат разослан 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор

А.И.Машин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствования методов синтеза диэлектрических слоев в кремнии, полученных с помощью ионной имплантации, с целью получения качественных приповерхностных и, в особенности, захороненных изолирующих слоев. Поиск новых и усовершенствование уже известных способов формирования КНИ-структур активно ведется как в нашей стране, так и за ее пределами [1]. Данная работа вносит вклад в понимание процессов, происходящих в полупроводнике с диэлектрическим слоем при термических отжигах, а также в прояснение природы эффекта дальнодействия (ЭД) при ионном внедрении — одной из наиболее дискутируемых проблем ионной имплантации. Предложенные результаты исследований демонстрируют возможность использования ЭД при ионной имплантации для модификации свойств материалов в целях улучшения диэлектрических характеристик слоев 81зЫ4.

Нитрид кремния (БЬ^) по сравнению с естественным окислом (БЮг) обладает рядом преимуществ. Коэффициенты термического расширения этого диэлектрика и кремния почти совпадают, что важно для технологии микроструктур с температурными циклами до 1000-1100°С. Малый коэффициент диффузии азота в кремнии предотвращает диффузионное расплывание диэлектрического слоя при отжигах. Граница 51зМ4-51 является эффективным барьером для широкого набора актуальных для микроэлектроники примесей. Хотя ширина запрещённой зоны в два раза меньше, чем у оксида кремния [2], около 4.5 эВ (почти как у алмаза), она достаточна чтобы собственная электронная проводимость при комнатной температуре была пренебрежимо малой. Диэлектрические слои, полученные ионной имплантацией, интересны возможностью синтеза полупроводниковых структур в едином технологическом цикле с имплантацией легирующих примесей. Особенно привлекательной является возможность формирования актуальных для современной микроэлектроники структур кремний на изоляторе или К1 Ш-стру ктур [1]. При облучении кремния ионами азота с энергией около 200 кэВ и дозой -10 см"2 (достаточной для формирования стехиометрического 81э1Ч4) можно получить «захороненный» диэлектрический слой, отделяющий тонкий —200 нм слой кремния для создания в нём микроэлектронных схем [1]. Проблема состоит в том, что в процессе отжига таких слоев при температурах порядка 1000°С происходит их растрескивание из-за кристаллизации [1,3]. Превращение аморфного нитрида кремния в кристаллический в ионно-синтезированных слоях происходит при пониженных на 200-300°С температурах по сравнению с другими вариантами формирования $1зК4. В результате «портится» структура поверхностного слоя кремния, резко ухудшаются изолирующие свойства слоя 81эЫ4. Для дальнейшего совершенствования режимов термообработки азотированных слоев кремния, достижения прогресса в понимании микроскопических процессов представляет интерес привлечение, кроме ранее применявшихся структурных, электрических и оптических измерений, другой экспериментальной техники, в частности, электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), позволяющего получать информацию непосредственно о свойствах дефектной системы.

Ранее нами было обнаружено [4] существенное изменение свойств азотированного слоя при облучении при 500 С обратной стороны пластин кремния толщиной 600 мкм ионами аргона с энергией 40 кэВ и дозах 10 -10 см* . Была предложена модель этого ЭД, согласно которой на азотированный слой воздействуют акустические гиперзвуковые импульсы давления, излучаемые в результате скачкообразной эволюции дислокационной сетки под облученным аргоном слоем кремния или взрыва пузырьков аргона - блистеров в насыщенном аргоном слое кремния. Представляет интерес более подробное изучение интервала доз 10 -10 см облучения ионами аргона, изолирующих и структурных свойств азотированных слоёв кремния от температуры имплантации Аг • Для дальнейшего понимания природы ЭД представляет интерес проведение экспериментов с частичной экранировкой образцов кремния при облучении аргоном, воздействием на обратную сторону

пластин кремния вместо аргона ионами других элементов с иным характером модификации поверхности кремния.

Цель работы состоит в поиске способов увеличения температурного интервала стабильности ионно-синтезированного нитрида кремния термическими и другими внешними воздействиями и в проведении ряда экспериментов для дальнейшего прояснения природы эффекта дальнодействия при последовательном облучении кремния встречными пучками ионов азота и аргона.

Первая задача настоящей работы состояла в получении более детальной информации о микроскопических процессах, происходящих в азотированном слое при термических отжигах с применением техники ЭПР-спектроскопии, используя известные парамагнитные центры в системе в качестве свидетелей перестройки дефектной системы.

Вторая задача состояла в более подробном изучении дальнодействующего влияния на азотированный слой кремния облучения ионами аргона в интервале доз 10 -10 см". Планировалось исследование изолирующих и структурных свойств этого слоя от температуры имплантации Аг . возможности предотвращения кристаллизации нитрида кремния при последующих высокотемпературных отжигах, сопоставление свойств слоев, сформированных при обработке обратной стороны пластин кремния ионами Аг и отжигом, а также поиск оптимальных с точки зрения качества слоев, условий ионно-лучевого синтеза.

Третья задача связана с прояснением природы ЭД. Представляло интерес изучение морфологии и состояния поверхности кремния при различных дозах и температурах облучения Аг , облучение № и вместо Аг > А также проверка наличия латерального эффекта. Выбор Ие и 51 обусловлен тем, что ионы N6 имеют при той же энергии больший пробег, также появляется дислокационная сетка, образуются блистеры, но более крупные, чем в случае с Аг , которые, согласно литературным данным и нашим предварительным экспериментам, не взрываются при используемых параметрах ионно-лучевого синтеза. В случае кремния дислокационная сетка из-за сильных напряжений образуется, но блистеров нет.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1. Обнаружена корреляция между структурными, оптическими, электрофизическими и ЭПР свойствами ионно-синтезированных слоев нитрида кремния от температуры отжига (Тотж). Показано, что при Тотж^700°С взаимодействие азота с кремнием происходит через образование парамагнитных достехиометрических комплексов, компенсирующих проводимость. Свыше ТО1Ж=700*С избыточный кремний выделяется во вторую фазу, начинается кристаллизация нитрида кремния, что приводит к растрескиванию слоёв и росту их проводимости через дополнительные каналы протекания тока.

2. Показано, что если внедрение аргона в пластину кремния, предварительно облученную с обратной стороны ионами азота, производить с дозой Фд^Ю см и температурой ТАг=500'С, то происходит стимулирование взаимодействия азота и кремния. При этом разрушаются центры кристаллизации сформированного нитрида кремния. Ионно-синтезированные слои в ^N4 сохраняются в аморфном состоянии. По крайне мере, до температуры отжига 1100"С не происходит связанного с кристаллизацией растрескивания слоёв и ухудшения их изолирующих свойств.

3. Установлено, что изменение свойств азотированного слоя при облучении обратной стороны пластины кремния ионами Аг* происходит в узком интервале доз Аг+ (8-10)10 см"2.

4. Показано, что предполагавшийся ранее вклад в эффект дальнодействия скачкообразной эволюции сетки дислокаций, формирующейся в кремнии под слоем торможения ионов аргона, не является существенным. Это подтверждается тем, что последовательное облучение встречными по отношению к пучку ионов азота ионами неона или кремния, в

отличие от ионов аргона, не приводит к заметным изменениям свойств азотированного слоя кремния.

5. Установлено, что дальнодействующее влияние облучения Аг+ на азотированный слой кремния происходит под воздействием акустических импульсов, возникающих в результате взрыва блистеров аргона. .

Практическая значимость

1. Показана возможность получения устойчивых до 1100°С ионно-синтезированных слоев нитрида кремния с помощью радиационно-стимулированного формирования нитрида кремния в кремнии при последовательном облучении встречными пучками ионов азота и аргона.

2. Предложенный метод с применением эффекта дальнодействия позволяет продвинуться в решении проблемы кристаллизации и растрескивания нитридных слоев при высокотемпературной обработке и его использовании для создания структур "кремний на изоляторе".

3. При ионном облучении твёрдых тел в условиях, когда образуются блистеры (достаточно большие дозы облучения, ионы элементов со слабыми химическими связями с атомами мишени) следует учитывать влияние такого облучения на формирования других фаз в полупроводниках и металлах. Предпосылкой к этому является высокая прозрачность твердых тел к распространению гиперзвуковых акустических волн.

Основные положения, выносимые на защиту

1. С ростом температуры отжига (Тот_ж) слоев кремния, облученных ионами азота, существует корреляция между структурными, оптическими, электрофизическими и ЭПР свойствами этих слоёв. До Тотж^700*С взаимодействие азота с кремнием происходит через образование парамагнитных достехиометрических комплексов, компенсирующих проводимость. Свыше Тотж=700°С избыточный кремний выделяется во вторую фазу, начинается кристаллизация нитрида кремния, что приводит к растрескиванию слоёв и росту их проводимости через дополнительные каналы протекания тока.

2. При последовательном облучении кремниевой пластины встречными пучками ионов азота и аргона, когда внедрение аргона происходит с Еаг=40кэВ, Фд^Ю см , ТА,=500"С, облучение аргоном стимулирует реакцию взаимодействия кремния с азотом, разрушаются центры кристаллизации сформированного нитрида кремния. В результате ионно-синтезированные слои 813Ы4 сохраняются в аморфном состоянии, не происходит связанное с кристаллизацией растрескивание слоёв и ухудшение их изолирующих свойств, по крайне мере, при отжиге до температуры 1100°С.

3. Последовательное облучение встречными по отношению к пучку ионов азота ионами неона или кремния, в отличие от ионов аргона, не приводит к заметным изменениям свойств азотированного слоя кремния. Это означает, что предполагавшийся ранее вклад в эффект дальнодействия скачкообразной эволюции сетки дислокаций, формирующейся в области торможения ионов аргона, не является существенным.

4. Изменение свойств азотированного слоя кремния происходит в результате последующего, встречного по отношению к имплантации азота, облучения ионами аргона в узком интервале доз (8-10)10 см (Еаг=40кэВ, ТАг=500°С). Главной причиной дальнодействующего влияния облучения Аг являются акустические импульсы, возникающие в результате взрыва блистеров аргона, чему способствует аморфно-кристаллическое состояние подвергнутой указанной обработкой аргоном поверхности кремния. Этот механизм является дополнительным к ранее предложенному П. В. Павловым, Д. И. Тетельбаумом и др. механизму усиления акустических волн через дефектную систему кристалла.

Личный вклад автора

Основные эксперименты были спланированы автором совместно с В. В. Карзановым и научным руководителем. Самостоятельно выполнялись: подготовка образцов, исследование просвечивающей электронной микроскопией (ПЭМ), измерение вольтамперных (ВАХ) и емкостных характеристик, эллипсометрия, а также анализ результатов.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 15-ти конференциях и семинарах: V-VII Всероссийских семинарах "Физические и физико-химические основы ионной имплантации" (Нижний Новгород, 11-13 октября 2000 г., 15-17 октября 2002 г. и 26-29 октября 2004 г.), "XIX Научных чтениях имени академика Н.В.Белова", (Нижний Новгород, 14-15 декабря 2000 г.), Пятой и шестой сессиях молодых ученых (Нижний Новгород, 24-28 апреля 2000, 22-27 апреля 2001 г.), Второй Всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто-и наноэлектронике (С.-Петербург, 4-8 декабря 2000г.), IV Всероссийской научной конференции студентов - радиофизиков (С.-Петербург, 5-7 декабря 2000г.) - отмечен дипломом II степени, II Российской конференции по материаловедению и физико — химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния («Кремний-2000») (Москва, 9-11 февраля 2000г.), Всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (С.-Петербург, 30 ноября - 3 декабря 1999г.), III Всероссийской научной конференции студентов -радиофизиков. (С.-Петербург, 30 ноября - 2 декабря 1999г.), Всероссийской конференции «Структура и свойства твердых тел», посвященной 40-летию физического факультета ННГУ им. Н.И.Лобачевского (Нижний Новгород, 27-28 сентября 1999г.).

Диссертационная работа выполнялась при поддержке следующих грантов и целевых программ:

Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 гг.", Учебно-научный центр "Физика и химия твердого тела" (проект № 0541), тема НИЧ ННГУ Н-231;

Гранта Минобразования РФ Конкурсного центра по исследованиям в области ядерной физики и физики пучков ионизирующих излучений, тема НИЧ ННГУ НГ-172, 1998-2000 гг. (грант №97-12-9.2-4);

Программы Минобразования РФ "Научные исследования высшей школы в области производственных технологий", раздел "Радиационные технологии создания и исследования объектов в машиностроении и приборостроении", тема НИЧ ННГУ Н-223, 2000 г. (проект №01.12.01.15).

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 122 наименования. Объем диссертации составляет 127 страниц машинописного текста, включая 63 рисунка и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Ввелеиии приводится обоснование выбора темы диссертационной работы и ее актуальность. Сформулированы цель работы, научная новизна и практическая значимость, приведены основные методы исследований и основные положения, выносимые на защиту, описаны структура и объем диссертации. Содержатся сведения об апробации работы. Глава 1 логически состоит из двух частей. В ней приводиться аналитический обзор литературы.

В первой части главы представлены данные по проблеме синтеза изолирующих слоев нитрида кремния. Рассматриваются основные достоинства, определяющие перспективность

применения, а также способы получения данных слоев. Основное внимание уделяется синтезу с помощью ионной имплантации аморфных слоев SbN.». Сформулированы основные трудности получения аморфных слоев S13N4, пригодных к использованию в современной микроэлектронике, связанные в первую очередь с легкостью кристаллизации нитрида кремния при постимплантационном отжиге. Обобщаются литературные данные исследований, проведенных с помощью ИК-спектроскопии и электрических измерений. Представлены данные о парамагнитных дефектах в нитриде кремния.

Вторая часть первой главы посвящена эффекту дальнодействия (ЭД) при ионной имплантации. В ней рассматриваются основные экспериментальные закономерности проявления этого эффекта, обобщаются его зависимости от режимов ионного облучения: энергии, дозы, температуры, плотности ионного тока. Приводятся работы, в которых обсуждается природа ЭД. Отмечается, что пока не создано общепринятой модели, описывающей этот эффект. Имеются данные, свидетельствующие о том, что ЭД может применяться для модификации свойств материалов.

В заключение главы обосновывается и формулируется направление исследований и основная цель настоящей работы.

Глава 2 посвящена исследованию влияния термических отжигов на свойства ионно-синтезированных слоев SixNy.

Целью исследований, представленных во второй главе, является более детальное изучение физических и физико-химических процессов, происходящих при отжиге ионно-синтезированных в кремнии нитридных слоев, определение оптимального температурного режима постимплантационной обработки с точки зрения изолирующих и структурных свойств нитрида кремния, а также состояние границы раздела с кремнием. Одной из задач этой серии экспериментов являлось получение данных для сопоставления их в третьей главе с результатами влияния облучения ионами аргона обратной стороны пластины кремния, содержащей на лицевой стороне азотированный слой.

В экспериментах использовались пластины кремния промышленных марок БКЭ-100, БКД-2000 и КЭМ-0,005 с ориентацией (111) толщиной 0.3-0.6 мм. Все образцы подвергались стандартной химико-механической обработке.

Для создания скрытых слоев ионы азота имплантировались в кремний с энергиями пучка Ем=150 кэВ; при формировании поверхностных слоев Si^Ny внедрялся как молекулярный азот с En=80-100 кэВ, Фм=2,5 10 см"2, так и атомарный с En-40-50 кэВ, Фк=5 10 см"2. Проявление молекулярного эффекта замечено не было, т.е. электрические и структурные свойства гетероструктур SixNy-Si при облучении молекулярным и атомарным азотом в пределах погрешности совпадали. Плотность ионного тока составляла jn=5'101J см" V1, температура мишени при внедрении была 20 или 400°С. Нагрев образцов осуществлялся через графитовую подложку с помощью кварцевых ламп накаливания. Затем проводился постимплантационный отжиг при температурах от 400°С до 1200°С в атмосфере осушенного азота. Используемый в экспериментах временной интервал отжигов находился в пределах 30-120 мин. В большинстве случаев он составлял 30 минут. Это делалось для того, чтобы предотвратить растрескивание и разрушение тонких мембран SixNy, подготовленных для электронной микроскопии, при Тотж>900°С в случае большей продолжительности термических отжигов.

Свойства слоев SixNy изучались с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), ИК-спектроскопии, измерения вольтамперных (ВАХ) и емкостных характеристик при поперечном транспорте тока, а также эллипсометрических измерений.

Изучение электропроводности ионно-синтезированных слоев SixNy и сопоставление этих результатов с данными ЭПР от температуры отжига показало замечательную корреляцию между немонотонными зависимостями электросопротивления и числом парамагнитных центров этих слоев (рис.1, 2).

При температурах отжига Тотж<700"С наблюдалось увеличение ИК-поглощения

связями БьИ (рис.3). Причем полоса поглощения является широкой, что соответствует аморфному нитриду кремния и тому, что поглощение осуществляется различными связями азота и кремния. Часть этих комплексов имеет нескомпенсированный спиновый магнитный момент, являются парамагнитными. Сопоставление этого факта с результатами ЭПР указывает на то, что взаимодействие азота с кремнием происходит через образование парамагнитных достехиометрических комплексов, число которых при температурах ТО1ж<700°С увеличивается. Данные комплексы являются компенсирующими центрами в глубине щели подвижности [5]. Они снижают проводимость в образце, что наряду с увеличением количества диэлектрической фазы БЦЬГу, оказывает влияние на рост среднего удельного сопротивления азотированного слоя.

При температурах отжига свыше Тот»=700"С и достехиометрических дозах внедрения азота начинается кристаллизация нитрида кремния (рис.4), образование дендритных включений (рис.5), избыточный кремний выделяется во вторую фазу (рис.6). Это приводит к росту проводимости слоев нитрида кремния через дополнительные кремниевые каналы протекания тока, а при температурах отжига ~1000°С - к растрескиванию и разрушению слоев. Это подтверждают микродифракционные картины, представленные на рис.7. Взаимодействие азота с кремнием при температурах более Тот»=700'С идет через образование комплексов с растущим средним количеством атомов азота с увеличением температуры отжига, что приводит к снижению количества парамагнитных дефектов при температурах свыше Тот»=700"С.

10"

10"

10'

р.Омсм

10"

10"

10"

N, см"2

400 500 600 700 800 900 1000 Рис.1. Зависимость величины среднего удельного сопротивления слоя SL,Ny (EN=40 кэВ, Фц=Ю" см", Тц=400°С) от температуры постимплантационного отжига

дТ, отн, ед.

500 600 700 800 900 1000 Рис.2. Зависимость количества парамагнитных дефектов от температуры отжига для образцов, содержащих ионно-синтезированный слой нитрида кремния (En=40 кэВ, Фц=10" см"2, Tn=400°C)

Т, огн. ед.

1300 1200 1100 1000 900 800 700 Рис. 3. Разница в ИК-спектрах пропускания образцов кремния до и после 2-х часового отжига

1-Еы=150 кэВ,Фи=5 10"см 2,Тм=400"С,Тт«=500оС

2-Ем= 150 кэВ,Фы=5 1 0|7см"2,Тц=400"С,Тэтж=600"С

3-Е„=150 кэВ,Фк=5 1017см"2,Тм=400°С,Тотж=700°С

1300 1200 1100 1000 900 800 700

Рис. 4. ИК-спектры пропускания кремния после имплантации >Г, Ег*=150 кэВ, Фц=51017 см"1, Ты=400"С до (1) и после (2) отжига при Тспж=1100°С в течение 2 часов

Рис.5. Дендридные выделения в

образце, облученном молекулярным азотом с Еы2=100кэВ, Фм2=2,5" 1017см"2, ТМ2=400°С и отожженном при Т„,=800°С в течение 120 минут

Рис.6. Поликристаллические выделения кремния (темные пятна) и нитрида кремния (светлые пятна) в образце, облученном ионами молекулярного азота (EN2=80 кэВ, Фн2=2,5 10"см"2, Tn2=400°C) и отожженного при ТОТЖ=1000°С в течение 120 минут

(б)

Рис.7. Микродифракционные картины образцов кремния, облученных ионами азота (Е№=40 кэВ, Фц=10" см , Тм=400°С) и отожженные (а) - Тотж=700°С в течение 120 минут, слой аморфный; (б) - Тотж=1 Ю0°С в течение 30 минут, начало кристаллизации нитридного слоя

С целью выяснения типов дефектов, дающих вклад в ЭПР-спектры, проводился их анализ, представленный на рис. 8, 9 и таб. I, 2, который показал, что сразу после имплантации азота присутствуют С8 и УУ-центры. 2,0055т Б-факгор АНрр, Э

2,0050

2,0045

2,0040

2,0035

2,0030

2,0025

Т* , С

500 600 700 800 900 1000

11 10 9

8-I

7

6

т ,°с

отж1

500 600 700 800 900

Рис. 8. Зависимость g-фaктopa образца кремния, Рис. 9. Зависимости ширины линии ЭПР от облученного ионами азота (Ем=40кэВ, Фм=10псм'2, температуры отжига для образцов кремния, Тц=400°С) от температуры отжига. Штрих- обученных ионами азота (Ем=40кэВ, Фц=10|1см"2, пунктиром показано значение §-фактора для ТМ=400°С). Штрих-пунктиром показано значение образца, сразу после внедрения азота ДНррдля образца, сразу после внедрения азота

Таблица 1. Параметры парамагнитных дефектов Таблица 2. Обнаруженные парамагнитные центры (литературные данные) при различных воздействиях

Наименование дефекта ДНрр,Э g-фaктop

К-центры 8,0 2,003

М-центры 8,9 2,0057

Двухкоординированный кремний 9,6 2,005

Воздействие Парамагн. Центры

С8иУУ

+отжиг Т<700°С С8

-Ютжиг Т>700°С К

81+ К1" +Аг+ К

Отжиг при температурах до 700'С приводил к аннигиляции наименее термостабильных УУ-центров, а при температурах выше 700'С появились и вносили вклад в ЭПР спектр только К-центры.

Эта серия экспериментов показывает, что применение технологического приема «имплантация-отжиг» для получения ионно-синтезированных слоев нитрида кремния с хорошими диэлектрическими свойствами малоэффективно из-за кристаллизации и растрескивания азотированного слоя кремния при температурах до 1000°С, которые используются в современных технологиях производства полупроводниковых структур.

Глава 3 посвящена изучению радиационно-стимулированного формирования нитрида кремния в кремнии при последовательном облучении встречными пучками ионов азота и аргона.

В данной серии экспериментов образцы подготавливались аналогично тому, как это было описано в предыдущей главе. Отличие состояло в том, что после имплантации ионов азота в плоскопараллельную пластину кремния для стимулирования синтеза фазы производилось дополнительное облучение с обратной стороны пластины ионами аргона с энергией Еаг=50 кэВ и плотностью потока ионов jAг=5 1013 см"2с"'. Температура образцов при имплантации ионов аргона менялась в пределах от 20 до 500°С. Нагрев образцов осуществлялся через графитовую подложку с помощью кварцевых ламп накаливания. Доза облучения ионами аргона варьировалась от 1015 до 5 1017 см"2, рис. 10.

V/ = 300-600 мкм

Е= 150 кэВ 1^=370 нм ЛКР=90 нм Ф„ = (1-5) 10" см Т» = 20 и 400 °С

ЕАг= 50 кэВ

Фаг = (10"-3 10")см'2

Та,= 20-500°С

Рис.10. Схема двойного ионного облучения кремния азотом и аргоном

Свойства слоев в^у, полученных описанным выше способом, изучались теми же методами, что и во второй главе. Кроме того, толщина и показатель преломления слоев вцКу определялись на эллипсометре ЛЭФ-ЗМ-1. Морфология поверхности облученных образцов исследовалась методом атомно-силовой микроскопии (АРМ) на сканирующем зондовом

микроскопе ТороМеЫх ТМХ-2100 Ассигех в контактном режиме. Для АРМ-измерений использовался кантилевер из нитрида кремния с зондом пирамидальной формы. Приведенные ниже АРМ-изображения имеют размеры 10x10 мкм с разрешением от 300 до 500 точек на линию сканирования. Применялся эффект подсветки слева.

В результате проведенных исследований показано, что облучение ионами аргона улучшает изолирующие (рис.11) и структурные свойства слоев в^Иу при дозе 101 см"2 (Еа,=50 кэВ, Таг=500°С) и более, причем изменения происходят в узком 8-10 1016 см'2 интервале доз аргона. Видно, что для стимулирующего действия облучение Аг+ должно производиться при температуре около 500°С (рис.12).

10"

10"

10°

р, Ом-см

Ф^см

4x10" 3x10" 2x10* 1x10* 0

10" 10" 10" 10" Рис.11. Зависимость изменения среднего удельного сопротивления слоя кремния с внедренным азотом (Ек=40 кэВ, Фм=ю" см-2, Тц=400°С) от дозы облучения аргоном (ЕАг=40кэВ, Тл,=500°С)

р, Ом-см

т °с

0 100 200 300 400 500 600 Рис.12. Зависимость среднего удельного сопротивления слоя Si„N„ (EN=40 кэВ, Фм=10" см , Тц=400°С) от температуры имплантации аргона (Е*,=40кэВ, Фд,=101 см-2) в обратную сторону пластины кремния

Сопоставление влияния отжига на свойства гетероструктур SixNy-Si, облученных ионами аргона при Таг=20 и 500°С, показало, что в случае облучения при комнатной температуре свойства ионно-синтезированного слоя Si*Ny с температурой отжига меняются аналогично таковым у образцов, не облученных ионами аргона (рис.1). Зависимость удельного сопротивления от температуры постимплантационного отжига имеет колоколообразный вид (рис.13), кристаллизация начинается с температур ~800°С (рис.14а,б).

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0

р 10 , ом см

500 600 700 800 900 10001100 Рис. 13. Зависимость среднего удельного сопротивления слоя SiRNy (Фм=1017 см"2, Еы=40 кэВ, TN=400°C) от температуры постимплантационного отжига для образца кремния, облученного ионами аргона при Ед,=40кэВ, Флг=Ю' см"2, ТА,=20°С

Свойства образцов, облученных ионами аргона при Та,=500°С и отожженных при Тотж=500-1100°С, сильно отличались сгт облученных аргоном при комнатной температуре. Зависимость величины среднего удельного сопротивления от температуры отжига имеет вид, представленный на рис.15. При Тот«=500оС величина среднего удельного сопротивления слоя SixNy максимальна и близка к таковой для образца, облученного только ионами азота и

отожженного при Тотж=700°С. Это даёт основание предположить, что имплантация аргона при ТИМП=500°С приводит к тому, что практически весь азот, не прореагировавший с кремнием в процессе имплантации, вступает в реакцию с кремнием, а последующий стационарный отжиг приводит к снижению величины среднего удельного сопротивления из-за выделения кремния во вторую фазу и отжига электрически активных дефектов (К- и № центров, двухкоординированного азота). Об этом свидетельствует и высокочастотное крыло 900-1050 см"1 на ИК-спектре пропускания даже более интенсивное, чем при отжиге 700°С (рис.16).

00 (б) (в)

Рис.14. Микродифракции слоев БМ^у (Ец=40 кэВ, Фк=10 см'2, ТЫ=400°С) (а) - отожженный при Тт«=900"С (без облучения ионами аргона), (б) - облученный ионами аргона с Еа,=40кэВ, ФЛ. :10|7см ТДг=20'С и отожженный при Т1|1Ж—11 00'С, (в) - после облучения ионами аргона с СД[=40 кэВ, ФАг=10|7см~2, Тлг":500оС и отжига при Т<т<=1100°С. Время отжига - 30 мин

Рис. 15. Зависимость среднего удельного Рис.16. Разница в ИК-спектрах пропускания сопротивления нитридного слоя (Ем=40 кэВ, образцов кремния, облученных ионами азота с Фм=ю" см 2, Тц=400°С) от температуры Ец=150 кэВ, Фц=5 10" см'2, Тц=400°С и после: постимплантационного отжига для образца, отжига при Тм=700°С (кривая 1); облучения Аг с облученного ионами Аг* (ЕА,=40 кэВ, ЕАг=40 кэВ, ФАг=31017см"2, ТАг=500°С (кривая 2) ФДг=] 0,7см*"2, ТАг=500°С)

Микродифракционная картина для образца, облученного Аг+ при дозе Ф/^>1017 см"2 й температуре ТЛ,=500"С и отожженного даже при Т01ж=1100°С, имеет характерный для аморфных материалов вид диффузного гало (рис.14) в отличие от микродифракций образцов, не облученных Аг+ или облученных аргоном при ТАг=20"С и отожженных при такой же температуре начала кристаллизации.

Таким образом, при последовательном облучении кремниевой пластины встречными пучками ионов азота и аргона, когда внедрение аргона происходит при дозе ФА1^:1017см"2 и температуре ТЛ,=500"С (ЕЛг=40кэВ), облучение аргоном стимулирует реакцию взаимодействия кремния с азотом, разрушаются центры кристаллизации сформированного

нитрида кремния. В результате, ионно-синтезированные слои сохраняются в аморфном состоянии, не происходит связанного с кристаллизацией растрескивания слоСв и ухудшения их изолирующих свойств, по крайне мере, при отжиге до 1100°С.

В четвертой главе анализируется изменение состояния поверхности кремния при различных дозах и температурах облучения ионами аргона, обсуждается механизм дальнодействия при имплантации ионов инертных газов и кремния.

Установлено, что по мере увеличения дозы облучения аргоном до Фа1<10,7см"2 при ТАг=500°С, Еаг=40 кэВ, на поверхности кремния образуются и растут блистеры (рис.' 17-19). Образование кратеров, свидетельствующих о взрыве блистеров, наблюдалось только при Фа1>1017см"2 и Таг=500°С (рис.20, 21). Изучение изменения состояния поверхности кремния с малым шагом по дозе и температуре позволяет утверждать, что взрыв блистеров происходит единовременно. Электронограммы поверхности образца свидетельствуют о том, что при Тлг<500вС облученная аргоном поверхность кремния является аморфной (рис.22.а), а при Таг=500°С кремний между блистерами, в том числе и на поверхности, становится кристаллическим, аморфной остается только оболочка блистера (рис. 226). По виду кратеров определено также и то, что в случае аморфной поверхности (Таг<400°С), наблюдалось плавное истечение аргона сквозь отверстие в крышке блистера (рис. 20). Вскрывшиеся блистеры встречались редко. Связано это, видимо, с увеличением давления внутри блистера с ростом температуры имплантации.

Рис.17. АРМ—изображение поверхности кремния, облученной аргоном (Ед^ЧО кэВ, Ф^Ю15 см"2, Тлг=500"С)

Рис.18. АРМ-изображение поверхности кремния, облученной аргоном (ЕАг~40 кэВ, ФД,= Ю" см"2, Т\,=500"С)

Рис.19. АРМ-изображение поверхности кремния, Рис.20. АРМ-изображение поверхности облученной аргоном №^=40 кэВ, ФЛг=3 Ю16 см"2, пластины кремния, облученной ионами аргона Та,=500°С). Изображение получено вблизи (Ел,=40 юВ, Фл,= 10,7см2, ТА,= 100"С) границы тени от держателя кристалла при облучении

Рис.21. АРМ-изображение поверхности пластины кремния, облученной ионами аргона (Ед,=40кэВ, Фд,=3 10"см~2, ТАг=500°С)

Рис.22. Электронограмма поверхности образца, облученного ионами аргона с энергией

ЕДг=40 кэВ, дозой Фдг1101 см снятые на отражение при ускоряющем напряжении 50 кВ

(а) - Таг=20°С

(б) - ТДг=500°С

С целью определения того, являются ли изменения ионно-синтезированного слоя следствием образования дислокаций под облученным слоем кремния, блистеров аргона и (или) их взрыва, было проведено сравнительное исследование воздействия дополнительного облучения и Аг+ тыльной стороны пластины кремния, ранее облученной с лицевой

стороны ионами азота. Такой выбор ионов обусловлен разной реакцией поверхности кремния на облучение. Известно, что в случае имплантации блистеры образуются в глубине и не взрываются, при имплантации 8Г блистеров нет. В обоих случаях под облученным слоем образуется дислокационная сетка.

Сравнение свойств ионно-синтезированной гетеросистемы в^Му-Б! после облучения противоположной стороны пластины кремния ионами Ыс+, в!1, Аг+ показало (рис. 23), что эффект стимулирования реакции синтеза фазы нитрида кремния наблюдался только в образцах, облученных ионами аргона. В случае же облучения Ь'е+ и ЭГ некоторое улучшение изолирующих свойств было таким же, как и без облучения в случае отжига при Тотж=500°С. Проведенные исследования также показали, что в образцах со слоем Б^у, облученных ионами и ЭГ, в отличие от аргона, ничего существенного не происходит. Граница раздела остается нечеткой (рис.24), сохраняется сильная дефектность азотированного слоя. В случае же облучения аргоном наблюдалась наиболее резкая граница раздела, заметно уменьшалось количество дефектов в нитридном слое, он становился однороднее.

Эксперименты с облучением неоном или кремнием дают основание полагать, что изменение свойств ионно-синтезированного слоя 81х>1у происходит не по причине изменения дислокационной системы кристалла или скачкообразного роста блистеров, а вследствие взрыва блистеров.

ТО1ж=500°С; 3 — после облучения ионами в!*; 4 - после облучения ионами Ке+; 5 — после облучения ионами Аг+.

Для образцов 3,4,5 был один и тот же режим облучения: Е=50 кэВ, Ф=10"см"2, Т=500°С,.Н0"см2с-1

(а) (б) (в)

Рис.24. Микрофотографии границ раздела в образцах, облученных азотом с Ем=50 кэВ,

Фм=5 10,7см , Тм=400 °С и с обратной стороны ионами: а — неона, б — кремния, в — аргона (во всех трех случаях Е=50 кэВ, Ф=10"см , Т=500°С). Здесь: 1- кремниевая подложка, 2 -синтезированный слой

В следующем эксперименте в пластину кремния, содержащую ионно-синтезированный слой Э^Ку на противоположной стороне, производилась имплантация ионов аргона с параметрами, достаточными для изменения изолирующих и структурных свойств (Едг=50кэВ, Фа,=10" см'2, Таг=500°С). При этом половина образца с азотированным слоем закрывалась другой кремниевой пластиной для частичной экранировки пучка ионов аргона (рйс.25). Между экраном и образцом с азотированным слоем был зазор для предотвращения передачи акустических импульсов из экранирующей пластины кремния. Изучались электрические характеристики диодных структур металл(А1)-азотированный слой-кремний. Металлические контакты наносились напротив облученной и необлученной аргоном сторон образца. Контакты находились на расстоянии 2,5 мм от этой границы. Вольтамперные характеристики представлены на рис.26.

Из данных на рис.26 следует, что латерального эффекта нет. Распространение воздействующих на азотированный слой волн давления вследствие взрыва блистеров аргона происходит не по поверхности, а сквозь объём пластины кремния. Причём азотированный слой не отражает акустические импульсы, является эффективным поглотителем гиперзвука.

X тА/см

Рис.25. Схема эксперимента 0 0

Рис.26. Вольтамперные характеристики образцов кремния, облученных азотом (Ем=50кэВ, Фк=5Ю"см~2, ТЫ=400°С)-. 1 - только отжиг при Тотж=500оС; 2 - закрытая от ионов аргона часть пластины; 3 — облученная аргоном часть пластины (Еа,=40кэВ, Фд^Ю'^м"2, Таг-500°С)

В заключении сформулированы основные результаты диссертации:

1. Показано, что с увеличением температуры отжига (Тотж), облученных ионами азота слоёв кремния, существует корреляция между немонотонными зависимостями от Т01Ж электросопротивления и числа парамагнитных центров этих слоёв.

2. Определено, что до Тотж£700°С взаимодействие азота с кремнием происходит через образование парамагнитных достехиометрических комплексов, компенсирующих проводимость, а после Тота=700'С избыточный кремний выделяется во вторую фазу, начинается кристаллизация нитрида кремния, приводящая к растрескиванию слоёв и росту их проводимости через дополнительные каналы протекания тока.

3. Стимулирование реакции взаимодействия кремния с азотом происходит при последовательном облучении кремниевой пластины встречными пучками ионов азота и аргона (Еа1=40 кэВ ФАг> 10 см , ТА[=500°С). При этом разрушаются центры кристаллизации сформированного нитрида кремния, а ионно-синтезированные слои Я13М4 сохраняются в аморфном состоянии. По крайне мере, до температуры отжига 11 ОО'С не происходит связанного с кристаллизацией растрескивания слоёв и ухудшения их изолирующих свойств.

4. Отсутствие заметных изменений свойств ионно-синтезированного слоя нитрида кремния при последовательном облучении встречными по отношению к пучку ионов азота ионами неона или кремния, в отличие от ионов аргона, позволяет утверждать, что предполагавшийся ранее вклад в эффект дальнодействия скачкообразного изменения сетки дислокаций, формирующейся в области торможения ионов аргона, не является существенным.

5. Модификация изолирующих и структурных свойств ионно-синтезированного слоя нитрида кремния происходит при последующем, встречном по отношению к имплантации азота, облучении ионами аргона в узком интервале доз (8-10)10 см'2 (Едг=40кэВ, Тд(=500"С).

6. Основной вклад в стимулирование реакции взаимодействия азота с кремнием оказывают акустические импульсы от взрыва блистеров аргона. Этому способствует аморфно-кристаллическое состояние поверхности кремния, облученной ионами аргона.

Список цитируемой литературы

1. Данилин, А.Б. Ионный синтез скрытых слоев в кремнии и его перспективы в современной микроэлектронике /А.Б. Данилин //Электронная промышленность. -1990. - №4. - С. 55-61.

2. Физические величины, справочник под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Михайлова. -М.: Онергоатомиздат, 1991.- 1232 с.

3. Исследование слоев нитрида кремния, синтезированных ионно-лучевым методом / Г.А. Крузе, Д.И. Тетельбаум, Е.И.Зорин, Э.В.Шитова, П.В.Павлов // Неорганические материалы. -1975.-Т. 11, №8. -С. 1381-1384.

4. Спонтанно-акустическое гиперзвуковое дальнодействующее стимулирование синтеза нитрида кремния при ионном облучении аргоном / Е.С.Демидов, В.В.Карзанов, К.А.Марков, В.В.Сдобняков // ЖЭТФ. - 2001. - Т.120, вып. 3(9). -С. 637-649.

5. Гриценко, В.А. Численное моделирование собственных дефектов в вЮг и Б^М« / В.А. Гриценко, Ю.Н.Новиков, А.В.Шапошников, Ю.Н.Мороков //ФТТ. -2001. - Т.35, вып. 9. - С. ' 1041-1049.

Основные публикации по теме диссертации

А1. Стимулирование реакции синтеза диэлектрической фазы БЬИ« в слоях вкЫ дальнодействующей ионной обработкой / К.А.Марков, В.В.Карзанов, Е.С.Демидов, Д.И.Курицын, Д.АЛобанов, В.В.Сдобняков // Тезисы докладов Всероссийской конференции «Структура и свойства твердых тел», посвященной 40-летию физического факультета ННГУ им. Н.ИЛобачевского. Нижний Новгород. - 1999г. - 27-28 сентября. - С. 148-149. А2. Лобанов, Д.А. Влияние дозы внедрения аргона в обратную сторону кремниевой пластины на синтез фазы БЬ^ на лицевой стороне пластины / Д.АЛобанов, В.В.Сдобняков // Тезисы докладов Всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. С.-Петербург. - 1999г. -30 ноября — 3 декабря. — С. 53.

АЗ. Влияние дополнительной ионно-лучевой обработки на синтез фазы БЬ^ в слоях кремния, обогащенных азотом / Е.С.Демидов, В.В.Карзанов, Д.А.Лобанов, К.А.Марков, В.В. Сдобняков // Тезисы докладов II Российской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния («Кремний -2000»), Москва. - 2000г. - 9-11 февраля. - С. 259-260.

А4. Карзанов, В.В. Влияние дополнительной имплантации ионов аргона на синтез фазы в слоях кремния, обогащенных азотом / В.В.Карзанов, В.В.Сдобняков // Тезисы докладов Пятой Нижегородской сессии молодых ученых (Голубая Ока - 2000). Нижний Новгород. -2000 г. - 24-28 апреля. - С. 25-26.

А5. Влияние процессов образования и взрыва блистеров на поверхности кремния при облучении ионами аргона на свойства ионно-синтезированного слоя Б^у / Е.С.Демндов, В.В.Карзанов, К.А.Марков, Е.А.Питиримова, В.В. Сдобняков // Тезисы докладов V Всероссийского семинара по физическим и физико-химическим основам ионной имплантации. Нижний Новгород. - 2000г. - 11-13 октября. - С. 29-30. А6. Стимулирование реакции синтеза фазы в слоях Б^И с помощью дополнительной ионно-лучевой обработки тыльной стороны пластины кремния/ Е.С. Демидов, В.В.Карзанов, Д.И.Курицын, К.А.Марков, Д.А.Лобанов, В.В. Сдобняков // Вестник ННГУ. - 2000г. -Вып. 1(3).-С. 271-280.

А7. Сдобняков, В.В. Сопоставление влияния отжигов и облучения инертными газами на свойства ионно-синтезированного слоя 81хКу / В.В.Сдобняков // Тезисы докладов Второй всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. С.-Петербург. -2000 г. - 4-8 декабря. - С. 35. А8. Влияние отжигов и облучения инертными газами на свойства ионно-синтезированного слоя виКу / Е.С.Демидов, В.В. Карзанов, Д.А.Лобанов, К.А. Марков, Е.А. Питиримова, В.В. Сдобняков И Тезисы докладов XIX научных чтений имени академика Н.В. Белова. Нижний Новгород. - 2000г. - 14-15 декабря. - С. 118-120.

А9. Дальнодействующее влияние облучения ионами аргона на синтез стехиометрической фазы нитрида кремния в слоях 8иЫу, сформированных ионной имплантацией / Е.С.Демидов, В.В.Карзанов, Д.А.Лобанов, К.А.Марков, В.В. Сдобняков // ФТП. - 2001. - Т.35, вып.1. - С. 21-24.

AlO. Спонтанно-акустическое гиперзвуковое дальнодействующее стимулирование синтеза нитрида кремния при ионном облучении аргоном / Е.С.Демидов, В.В.Карзанов, К.А.Марков, В.В.Сдобняков//ЖЭТФ,-2001.-Т. 120, вып. 3(9).-С. 637-649.

Al 2. Демидов, Е.С. Сопоставление влияния дополнительного облучения инертными газами и постимплантационных отжигов на свойства ионно-синтезированного слоя SIxNy / Е.С.Демидов, В. В.Сдобняков // Тезисы докладов Шестой Нижегородской сессии молодых ученых (Голубая Ока - 2001). Нижний Новгород. - 2001 г. - 22-27 апреля. - С. 36-37. А13. Sdobnyakov, V.V. Influence of additional processing by inert gases on the properties of the ion-synthesized layer SixNy / V.V. Sdobnyakov // IEEE Microwave Magazin. - 2001. -Vol.2, №2. -P. 94.

A14. Изменения свойств ионно-синтезированной гетеросистемы SixNy—Si в результате термических и ионно-лучевых обработок аргоном, неоном и кремнием / В.В.Карзанов, К.А.Марков, В .В.Сдобняков, Е.С.Демидов. // ФТП. - 2002. - Т.36, вып.9. - С. 1060-1065. А15. Сопоставление результатов стимулирования синтеза изолирующих слоев SixNy стационарным постимплантационным отжигом и дальнодействующим ионным облучением / Е.С.Демидов, В.В.Карзанов, К.А.Марков, В.В. Сдобняков // Тезисы докладов VI Всероссийского семинара по физическим и физико-химическим основам ионной имплантации. Нижний 11овгород. - 2004 г. - 15-17 октября. - С. 54-55.

А16. Демидов, Е.С. Спонтанно-акустическое гиперзвуковое дальнодействующее стимулирование синтеза нитрида кремния в кремнии при ионном облучении аргоном /В.В.Карзанов, К.А.Марков, В.В. Сдобняков // Сборник кратких описаний Важнейшие научные результаты. Нижегородский университет им. Н.И. Лобачевского. - 2004 г. - С. 123. А17. Стимулирование реакции синтеза фазы нитрида кремния в слоях SixNy с помощью дополнительной ионно-лучевой обработки тыльной стороны пластины кремния и стационарных отжигов / Е.С.Демидов, В.В.Карзанов, К.А.Марков, В.В.Сдобняков // Тезисы докладов VII Всероссийского семинара физические и физико-химические основы ионной имплантации. Нижний Новгород. - 2004г. - 26-29 октября. - С. 60-61.

А18. Демидов, Е.С. Парамагнитные дефекты в ионно-синтезированных слоях SixNy / Е.С. Демидов, В.В.Карзанов, В.В.Сдобняков // Тезисы докладов VII Всероссийского семинара физические и физико-химические основы ионной имплантации. Нижний Новгород. — 2004г. - 26-29 октября. - С. 81.

Подписано в печать 07.06.2006. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. I. Зак. 932. Тир. 100.

Типография Нижегородского госуниверситета. Лиц. ПД № 18-0099 от 04.05.2001. 603000, Н. Новгород, ул. Б. Покровская, 37.

Введение

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ПРОБЛЕМАМ ИОННО- 13 ЛУЧЕВОГО СИНТЕЗА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЛОЕВ НИТРИДА КРЕМНИЯ И ЭФФЕКТА ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ

1.2. Способы получения скрытых изолирующих слоев, пригодных для 15 создания КНИ-структур

1.3. Формирование слоев нитрида и оксида кремния с помощью иоипо- 16 лучевого синтеза

1.4. Разновидности синтеза изолирующих слоев с применением ионной 22 имплантации

1.5. Исследования ИК-спектров слоев нитрида кремния

1.6. Исследования методами просвечивающей электронной микроскопии и 34 электронографии слоев 81зК

1.7. Электрические свойства ионно-синтезированых слоев нитрида кремния

1.8. Парамагнитные дефекты в нитриде кремния 42 1.9 Эффект дальнодействия при ионной имплантации

1.9.1. Закономерности проявления эффекта дальнодействия при ионной 44 имплантации

1.9.2. Основные факторы, оказывающие влияние на проявление эффекта 45 дальнодействия при иоиной имплантации

1.9.3 Дальнодействующее влияние бомбардировки ионами аргона на 47 химическое состояние азота, имплантированного в пластины мопокристаллического кремния

1.9.4 Механизмы эффекта дальнодействия при ионной имплантации 48 Заключение и постановка задачи

Введение

1.1. Перспективы применения и способы создания КНИ-структур

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА ИОННО- 53 СИНТЕЗИРОВАННОЙ СТРУКТУРЫ вьИ^

Введение

2.1. Технология ионно-лучевого синтеза азотированных слоев кремния, 54 методики электрических и оптических измерений

2.2. Электронно-микроскопические и электронографические исследования 55 влияния температурного режима имплантации и постимплантационных отжигов на свойства ионно-синтезированной структуры

2.3. Влияние температуры стационарных постимплантационных отжигов на 61 ИК-спектры пропускания и долю фазы Б^у

2.4. Влияние температуры отжига на толщину и показатель преломления 63 ионно-синтезированных слоев Б^у

2.5. Влияние температуры отжига на электрические свойства ионно- 64 синтезированных слоев Б^у

2.6. Влияние температуры отжига на парамагнитные дефекты в нитриде 69 кремния

Выводы

ГЛАВА 3. РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ 73 НИТРИДА КРЕМНИЯ В КРЕМНИИ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ ОБЛУЧЕНИИ ВСТРЕЧНЫМИ ПУЧКАМИ ИОНОВ АЗОТА И АРГОНА Введение

3.1. Особенности подготовки образцов и методики измерения при изучении 73 влияния облучения встречными пучками ионов азота и аргона

3.2. Влияние дозы облучения ионами аргона на свойства ионно- 75 синтезированных слоев нитрида кремния

3.2.1. ИК-спектры пропускания

3.2.2. Электрические свойства

3.3. Влияние температуры кремния при облучении ионами аргона на 80 свойства ионно-синтезированной структуры Б^у-Б!

3.3.1. Изменение толщины и показателя преломления слоя от температуры облучения ионами аргона

3.3.2. Электрические свойства МДП-структур Ме-БШу^-Ме

3.4. Влияние отжига на состояние поверхности, электрические и оптические 82 свойства структур после ионно-лучевой обработки аргоном

3.4.1. Результаты после облучения аргоном при Таг=20°С

3.4.2. Результаты после облучения аргоном при Тдг = 500°С 86 Выводы

ГЛАВА 4. ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ 89 ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ ИОНАМИ АРГОНА, ОБСУЖДЕНИЕ МЕХАНИЗМА ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ ПРИ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ И КРЕМНИЯ

Введение

4.1. Изменение состояния поверхности кремния с ростом дозы имплантации 89 ионов аргона

4.2. Изменение состояния поверхности при различных температурах 93 « имплантации ионов аргона

4.3. Сопоставление свойств ионно-синтезированной гетеросистемы Б^у-Б^ 96 после облучения противоположной стороны пластины кремния ионами №+, и Аг+

4.4. Селективное облучение ионами аргона пластины кремния, облученной с 99 обратной стороны ионами азота

4.5. Основные закономерности, выявленные в процессе исследований поверхности кремния, облученной ионами аргона

4.6. Механизм дальнодействия при имплантации ионов аргона в кремний

Выводы

Работа посвящена изучению формирования диэлектрических слоев нитрида кремния в кремнии с применением ионной имплантации азота. Это важно, поскольку ни микроэлектроника (МЭ), ни наноэлектропика не обходятся без диэлектрических прослоек [1,2].

Нитрид кремния фз^) по сравнению с естественным окислом (8102) обладает рядом преимуществ. Коэффициенты термического расширения этого диэлектрика и кремния почти совпадают, что важно для технологии микроструктур с температурными циклами до 1000-1100°С. Малый коэффициент диффузии азота в кремнии предотвращает диффузионное расплываиие диэлектрического слоя при отжигах. Граница 81зН4-81 является эффективным барьером для широкого набора актуальных для микроэлектроники примесей. Хотя ширина запрещённой зоны 81з^ в два раза меньше чем у оксида кремния [2], около 4.5 эВ (почти как у алмаза), она достаточна чтобы собственная

4 электронная проводимость при комнатной температуре была пренебрежимо малой. Диэлектрические слои, полученные ионной имплантацией интересны возможностью синтеза полупроводниковых структур в едином технологическом цикле с имплантацией легирующих примесей. Особенно привлекательной является возможность формирования актуальных для современной микроэлектроники структур кремний на изоляторе или КНИ-структур [1]. При облучении кремния ионами азота с энергией около 200 кэВ и дозой ~1018 см"2 (достаточной для формирования стехиометрического 81зЫ4) можно получить «захороненный» диэлектрический слой, отделяющий тонкий -200 нм слой кремния для создания в нём микроэлектронных схем [1]. Проблема состоит в том, что в процессе отжига таких слоёв при температурах порядка 1000°С происходит их растрескивание из-за кристаллизации [1,2]. Превращение аморфного нитрида кремния в кристаллический в иоппо-сиптезированных слоях происходит при

• пониженных на 200-300°С температурах по сравнению с другими вариантами формирования 81зЫ4. В результате «портится» структура поверхностного слоя кремния, резко ухудшаются изолирующие свойства слоя 81зЫ4. Для дальнейшего совершенствования режимов термообработки азотированных слоёв кремния, достижения прогресса в понимании микроскопических процессов представляет интерес привлечение, кроме ранее применявшихся структурных, электрических и оптических измерений, другой экспериментальной техники, в частности, электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), позволяющего получать непосредственно информацию о свойствах дефектной системы.

Ранее было обнаружено [3] существенное изменение свойств азотированного слоя при облучении при 500°С обратной стороны пластин кремния толщиной 600 мкм ионами аргона с энергией 40кэВ и дозах 1016-10Псм1. Была предложена модель этого ЭД, согласно которой на азотированный слой воздействуют акустические гиперзвуковые импульсы давления, излучаемые в результате скачкообразной эволюции дислокационной сетки под облученным аргоном слоем кремния или взрыва пузырьков аргона - блистеров в насыщенном аргоном слое кремния. Представляет интерес более подробное изучение интервала доз 1016-1017см2 облучения ионами аргона, изолирующих и структурных свойств азотированных слоев кремния от температуры имплантации Аг+- Для дальнейшего понимания природы ЭД представляет интерес проведение

• экспериментов с частичной экранировкой образцов кремния при облучении аргоном, воздействием на обратную сторону пластин кремния вместо аргона ионами других элементов с другим характером модификации поверхности кремния.

Цель работы состоит в поиске способов увеличения температурного интервала стабильности ионно-синтезированного нитрида кремния термическими и другими внешними воздействиями и в проведении ряда экспериментов для дальнейшего прояснения природы эффекта дальнодействия при последовательном облучении кремния встречными пучками ионов азота и аргона.

Первая задача настоящей работы состояла в получении более детальной информации о микроскопических процессах в азотированном слое при термических отжигах с применением техники ЭПР-спектроскопии, используя ' известные парамагнитные центры в системе в качестве свидетелей перестройки дефектной системы.

Вторая задача состояла в более подробном изучении далыюдействующего влияния на азотированный слой кремния облучения ионами аргона в интервале доз 101б-1017см2. Планировалось исследование изолирующих и структурных свойств этого слоя от температуры имплантации Аг > возможности предотвращения кристаллизации нитрида кремния при последующих высокотемпературных отжигах, сопоставление свойств слоев, сформированных при обработке обратной стороны пластин кремния ионами Аг+ и отжигом, а также поиск оптимальных с точки зрения качества слоев, условий иопно-лучевого синтеза.

Третья задача связана с прояснением природы ЭД. Представляло интерес изучение морфологии и состояния поверхности кремния при различных дозах и температурах облучения Аг , облучение № и Б! вместо Аг > проверка наличия латерального эффекта. Выбор и Б Г связан с тем, что ионы имеют при той же энергии больший пробег, также появляется дислокационная сетка, образуются блистеры, но более крупные, чем в случае с Аг+, которые, согласно литературным данным и нашим предварительным экспериментам не взрываются при используемых параметрах ионно-лучевого синтеза. В случае кремния дислокационная сетка из-за сильных напряжений образуется, но блистеров нет.

Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствования методов синтеза диэлектрических слоев в кремнии, полученных с помощью ионной имплантации с целью получения качественных приповерхностных и, в особенности, захороненных изолирующих слоев. Поиск новых и усовершенствования уже известных способов формирования КНИ-структур активно ведется как в нашей стране, так и за ее пределами [1]. Данная работа вносит вклад в понимание процессов, происходящих в полупроводнике с диэлектрическим слоем при термических отжигах, а также в прояснение природы эффекта дальнодействия (ЭД) при ионном внедрении - одной из наиболее дискутируемых проблем ионной имплантации. Предложенные результаты исследований демонстрируют возможность использования ЭД при ионной имплантации для модификации свойств материалов с улучшением диэлектрических характеристик слоев 81зМ4.

Основными экспериментальными методами исследований в данной работе являлись: ИК-спектроскопия, сканирующая зондовая (атомно-силовая микроскопия) и электронная микроскопии, электронография, статические и динамические электрические измерения и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).

В результате выполнения работы установлено;

1. С увеличением температуры отжига (Тотж) слоев кремния, облученных ионами азота, существует корреляция между немонотонными зависимостями от Тотж электросопротивления и числа парамагнитных центров этих слоев.

2. До ТОТЖ2700',С взаимодействие азота с кремнием происходит через образование парамагнитных достехиометрических комплексов, компенсирующих проводимость, а после ТОТЖ=700°С избыточный кремний выделяется во вторую фазу, начинается кристаллизация нитрида кремния, приводящая к растрескиванию слоев и росту их проводимости через дополнительные каналы протекания тока.

3. Стимулирование реакции взаимодействия кремния с азотом происходит при последовательном облучении кремниевой пластины встречными пучками ионов

17 -2 азота и аргона (Фд^Ю см , ТАг=500°С). При этом разрушаются центры кристаллизации сформированного нитрида кремния, а ионно-синтезированные слои 813Ы4 сохраняются в аморфном состоянии. По крайне мере, до температуры отжига 1100°С не происходит связанного с кристаллизацией растрескивания слоев и ухудшения их изолирующих свойств.

4. Отсутствие заметных изменений свойств ионно-синтезированного слоя нитрида кремния при последовательном облучении встречными по отношению к пучку ионов азота ионами неона или кремния, в отличие от ионов аргона, позволяет утверждать, что предполагавшийся ранее вклад в эффект дальнодействия скачкообразного изменения сетки дислокаций, формирующейся в области торможения ионов аргона, не является существенным.

5. Модификация изолирующих и структурных свойств ионпо-сиитезированного слоя нитрида кремния происходит при последующем, встречном по отношению к имплантации азота, облучении ионами аргона в узком интервале доз (8-10) 1016см 2

6. Основной вклад в стимулирование реакции взаимодействия азота с кремнием оказывают акустические импульсы от взрыва блистеров аргона. Этому способствует аморфно-кристаллическое состояние поверхности кремния, облученной ионами аргона.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые:

1. Обнаружена корреляция между структурными, оптическими, электрофизическими и ЭПР свойствами ионно-синтезированных слоев нитрида кремния от температуры отжига (Т^). Показано, что при Тота<700°С взаимодействие азота с кремнием происходит через образование парамагнитных достехиометрических комплексов, компенсирующих проводимость. Свыше ТОГЖ=700°С эти комплексы достраиваются до стехиометрических, избыточный кремний выделяется во вторую фазу, начинается кристаллизация нитрида кремния, что приводит к растрескиванию слоев и росту их проводимости через дополнительные каналы протекания тока.

2. Показано, что если внедрение аргона в пластину кремния, предварительно

17 -2 облученную с обратной стороны ионами азота, производить с дозой Фд>10 см и температурой Таг=500°С, то происходит стимулирование взаимодействия азота и кремния. При этом разрушаются центры кристаллизации сформированного нитрида кремния. Ионно-синтезированные слои 813Ы4 сохраняются в аморфном состоянии. По крайне мере, до температуры отжига 1100°С не происходит связанного с кристаллизацией растрескивания слоев и ухудшения их изолирующих свойств.

3. Установлено, что изменение свойств азотированного слоя при облучении обратной стороны пластины кремния ионами Аг происходит в узком интервале доз Аг+(8-10)Т016см"2.

4. Показано, что предполагавшийся ранее вклад в эффект дальнодействия скачкообразной эволюции сетки дислокаций, формирующейся в кремнии под слоем торможения ионов аргона, не является существенным. Это подтверждается тем, что последовательное облучение встречными по отношению к пучку ионов азота ионами неона или кремния, в отличие от ионов аргона, не приводит к заметным изменениям свойств азотированного слоя кремния.

5. Установлено, что далыюдействующее влияние облучения Аг+ на азотированный слой кремния происходит под воздействием акустических импульсов, возникающих в результате взрыва блистеров аргона.

Практическая значимость

1. Показана возможность получения устойчивых до 1100°С ионно-сиптезированных слоев нитрида кремния с помощью радиациопно-стимулированного формирования нитрида кремния в кремнии при последовательном облучении встречными пучками ионов азота и аргона.

2. Предложенный метод с применением эффекта дальнодействия позволяет продвинуться в решении проблемы кристаллизации и растрескивания нитридных слоев при высокотемпературной обработке и в его использовании для создания структур "кремний на изоляторе".

3. При ионном облучении твёрдых тел в условиях, когда образуются блистеры (достаточно большие дозы облучения, ионы элементов со слабыми химическими связями с атомами мишени), следует учитывать влияние такого воздействия на формирования других фаз в полупроводниках и металлах. Предпосылкой к этому является высокая прозрачность твердых тел к распространению гиперзвуковых акустических волн.

Личный вклад автора

Основные эксперименты были спланированы автором совместно с В.В.Карзановым и научным руководителем. Самостоятельно выполнялись: подготовка образцов, исследование просвечивающей электронной микроскопией (ПЭМ), измерение вольтамперных (ВАХ) и емкостных характеристик, эллипсометрия, а также анализ результатов.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 15-ти конференциях и семинарах: У-УН Всероссийских семинарах "Физические и физико-химические основы ионной имплантации" (Нижний Новгород, 11-13 октября 2000 г., 15-17 октября 2002 г. и 26-29 октября 2004 г.), "XIX Научных чтениях имени академика Н.В.Белова", (Нижний Новгород, 14-15 декабря 2000 г.), Пятой и шестой сессиях молодых ученых (Нижний Новгород, 24-28 апреля 2000 г., 22-27 апреля 2001 г.), Второй Всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (С.-Петербург, 4-8 декабря 2000г.), IV Всероссийской научной конференции студентов - радиофизиков (С.

Петербург, 5-7 декабря 2000г.) - отмечен дипломом II степени, II Российской конференции по материаловедению и физико - химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния («Кремний-2000») (Москва, 9-11 февраля 2000г.), Всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (С.-Петербург, 30 ноября - 3 декабря 1999г.), III Всероссийской научной конференции студентов - радиофизиков. (С.-Петербург, 30 ноября - 2 декабря 1999г.), Всероссийской конференции «Структура и свойства твердых тел», посвященной 40-летию физического факультета ННГУ им. Н.И.Лобачевского (Нижний Новгород, 27-28 сентября 1999г.).

Диссертационная работа выполнялась при поддержке следующих грантов и целевых программ:

Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 гг.", Учебно-научный центр "Физика и химия твердого тела" (проект № 0541), тема НИЧ ННГУ Н-231;

Гранта Минобразования РФ Конкурсного центра по исследованиям в области ядерной физики и физики пучков ионизирующих излучений, тема НИЧ ННГУ НГ-172,1998-2000 гг. (грант №97-12-9.2^1);

Программы Минобразования РФ "Научные исследования высшей школы в области производственных технологий", раздел "Радиационные технологии создания и исследования объектов в машиностроении и приборостроении", тема НИЧ ННГУ Н-223,2000 г. (проект № 01.12.01.15).

Основные положения, выносимые на защиту

1. С ростом температуры отжига (Т^) слоев кремния, облученных ионами азота, существует корреляция между структурными, оптическими, электрофизическими и ЭПР свойствами этих слоев. До Тотж=700°С взаимодействие азота с кремнием происходит через образование парамагнитных достехиометрических комплексов, компенсирующих проводимость. Свыше Тотж=700°С избыточный кремний выделяется во вторую фазу, начинается кристаллизация нитрида кремния, что приводит к растрескиванию слоев и росту их проводимости через дополнительные каналы протекания тока.

2. При последовательном облучении кремниевой пластины встречными пучками

17 -2 ионов азота и аргона, когда внедрение аргона происходит при дозе Фд,.>10 см и температуре Таг=500°С, облучение аргоном стимулирует реакцию взаимодействия кремния с азотом, разрушаются центры кристаллизации сформированного нитрида кремния. В результате ионпо-сиптезированпые слои 8131\Г4 сохраняются в аморфном состоянии, не происходит связанное с кристаллизацией растрескивание слоев и ухудшение их изолирующих свойств, по крайне мере, при отжиге до температуры 1100°С.

3. Последовательное облучение встречными по отношению к пучку ионов азота ионами неона или кремния, в отличие от ионов аргона, не приводит к заметным изменениям свойств азотированного слоя кремния. Это означает, что предполагавшийся ранее вклад в эффект дальнодействия скачкообразной эволюции сетки дислокаций, формирующейся в области торможения ионов аргона, не является существенным.

4. Изменение свойств азотированного слоя кремния происходит в результате последующего, встречного по отношению к имплантации азота, облучения

16 -2 ионами аргона в узком интервале доз (8-10)10 см . Главной причиной дальнодействующего влияния облучения Аг+ являются акустические импульсы, возникающие в результате взрыва блистеров аргона, чему способствует аморфно-кристаллическое состояние подвергнутой указанной обработкой аргоном поверхности кремния. Этот механизм является дополнительным к ранее предложенному П. В. Павловым, Д. И. Тетельбаумом и др. механизму усиления акустических волн через дефектную систему кристалла.

Выводы:

По результатам этой главы можно сделать следующие выводы: 1. Отсутствие заметных изменений свойств ионно-синтезированного слоя нитрида кремния при последовательном облучении встречными по отношению к пучку ионов азота ионами неона или кремния, в отличие от ионов аргона, позволяет утверждать, что предполагавшийся ранее вклад в эффект дальнодействия скачкообразного изменения сетки дислокаций, формирующейся в области торможения ионов аргона, не является существенным.

2. Основной вклад в стимулирование реакции взаимодействия азота с кремнием оказывают акустические импульсы от взрыва блистеров аргона. Этому способствует аморфно-кристаллическое состояние поверхности кремния, облученной ионами аргона.

Материалы, представленные в данной главе, опубликованы в следующих работах: [88-93,95-110].

Общее заключение

В данной работе представлены результаты исследований и сравнительный анализ влияния стационарных отжигов и облучения ионами аргона с обратной стороны пластины кремния на свойства ионно-синтезированной гетеросистемы

Причиной постановки данной задачи, явилась необходимость поиска новых и усовершенствования уже известных способов формирования КНИ-структур. При успешном развитии исследований открывается перспектива практического использования результатов в технологии получения КНИ-структур.

В заключение данной работы можно сделать следующие основные выводы:

1. Показано, что с увеличением температуры отжига (Т^) слоев кремния, облученных ионами азота, существует корреляция между немонотонными зависимостями от Тотж электросопротивления и числа парамагнитных центров этих слоев.

2. Определено, что до Тота=700°С взаимодействие азота с кремнием происходит через образование парамагнитных достехиометрических комплексов, компенсирующих проводимость, а после Т^^ТОСС избыточный кремний выделяется во вторую фазу, начинается кристаллизация нитрида кремния, приводящая к растрескиванию слоев и росту их проводимости через дополнительные каналы протекания тока.

3. Стимулирование реакции взаимодействия кремния с азотом происходит при последовательном облучении кремниевой пластины встречными пучками ионов

17 -2 азота и аргона (Еаг=40 кэВ, Фд^Ю см , ТЛг=500°С). При этом разрушаются центры кристаллизации сформированного нитрида кремния, а ионно-синтезированные слои Б^Т^ сохраняются в аморфном состоянии. По крайне мере, до температуры отжига 1100°С не происходит связанного с кристаллизацией растрескивания слоев и ухудшения их изолирующих свойств.

4. Отсутствие заметных изменений свойств ионно-синтезированного слоя нитрида кремния при последовательном облучении встречными по отношению к пучку ионов азота ионами неона или кремния, в отличие от ионов аргона, позволяет утверждать, что предполагавшийся ранее вклад в эффект дальнодействия скачкообразного изменения сетки дислокаций, формирующейся в области торможения ионов аргона, не является существенным.

5. Модификация изолирующих и структурных свойств ионно-синтезированного слоя нитрида кремния происходит при последующем, встречном по отношению к имплантации азота, облучении ионами аргона в узком интервале доз (8-10) 10,6см 2 (Еаг=40 кэВ, Тд=500°С).

6. Основной вклад в стимулирование реакции взаимодействия азота с кремнием оказывают акустические импульсы от взрыва блистеров аргона. Этому способствует аморфно-кристаллическое состояние поверхности кремния, облученной ионами аргона.

1. Даиилин, А.Б. Реактивная ионная имплантация как метод создания структур кремний на изоляторе / А.Б. Данилин // Зарубежная электронная техника. - 1986. -№ 4. - С. 62-79.

2. Данилин, А.Б. Ионный синтез скрытых слоев в кремнии и его перспективы в современной микроэлектронике /А.Б. Данилин // Электронная промышленность. -1990.-№4.-С. 55-61.

3. Далыюдействующее влияние бомбардировки ионами аргона на химическое состояние азота, имплантированного в пластины монокристаллического кремния / П.В. Павлов, К.А.Марков, В.В.Карзанов, Е.С.Демидов // Высокочистые вещества. -1995.-Вып.2.-С. 56-60.

4. Горелик, С.С. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. / С.С. Горелик, М.Я. Дашевский. М.: Металлургия, 1988. - 574 с.

5. Bruel M. Silicon on insulator material technology / M. Bruel // Electron. Lett. 1995. -131.-P. 1201-1202.

6. Improvement in buried silicon nitride silicon-on-insulator structures bu fluorine-ion implantation / C.M.S. Rauthan, G.S.Virdi, B.C.Pathak, A.Karthigeyan // J. Appl. Phys. 1998. - Vol.83, №7. - P. 3668-3677.

7. Microstructure of silicon implanted with high dose oxygen ions / C. Jaussaud, J. Stoemenos, J. Margail, M. Dupuy, B. Blanchard, M. Bruel // Appl. Phys. Lett. 1985. -Vol.46, №11.-P. 1064-1066.

8. Процессы формирования скрытых диэлектрических слоев в Si при имплантации ионов N+ и 0+ /Б.Н. Ромашок, В.Г. Попов, А.Ю. Прокофьев, И.П. Лисовский, В.Б. Лозинский // Украинский физический журнал. 1992. - Т.37, №3. - С. 389-393.

9. Имплантация азота в кремний при 700—1100°С / Г.А.Качурин, И.Е.Тысченко, В.П. Попов, С.А.Тийе, А.Е.Плотников // ФТП. 1989. - Т.23, №3. - С. 434-438.

10. Рост монокристаллического a-SÎ3N4 в захороненных слоях, полученных низкоинтенсивной имплантацией ионов N+ в нагретый Si / Г.А.Качурин, И.Е.Тысченко, А.Е.Плотников, В.П. Попов // ФТП. 1992. - Т.26, №8. - С. 1390— 1393.

11. Ионный синтез скрытых слоев нитрида кремния с использованием прерывистого режима ионной имплантации / О.И. Вылеталина, А.Б. Данилин, К.А. Дракин, А.А.Малинин, В.Н.Мордкович, А.Ф.Петров // Письма в ЖТФ. -1990. Т. 16, вып. 22. - С. 32-35.

12. Ионный синтез при одновременной имплантации азота и кислорода в кремний / А.Ф.Борун, А.Б.Данилин, В.В.Иванов, В.Н.Мордкович, Э.М. Темпер // Поверхность. Физика. Химия. Механика. 1988. -№ 5. - С. 143-144.

13. Reduced defect density in silicon-on-insulator structures formed by oxygen implantation in two steps / J.Margail, J.Stoemenos, C.Jaussaud, M.Bruel //Appl. Phys. Lett. -1989. V.54, №6. - P. 526-528.

14. Polyenergy ion beam synthesis of buried oxynitride layer in silicon/M.Yu. Barabanenkov, Yu.A.Agafonov, V.N.Mordkovich, A.N.Pustovit, A.F.Vyatkin, V.I.Zinenko //Nucl. Instr. and Meth. B. 2000. - Vol.171, №3. - P. 301-308.

15. Komarov, F. F. Si3N4 SOI Structures Produced by Nitrogen Ion Implantation at High Energies and Beam Current Densities / F. F. Komarov, A. F. Komarov, S. A. Petrov // Russian Microelectronics. 2002. - Vol. 31, №5. - P. 305-309.

16. Matsumura, A. Technological innovation in low-dose SIMOX wafers fabricated by an internal thermal oxidation (ITOX) process / A. Matsumura // Microelectronic Engineering. 2003. - Vol. 66. - P. 400-414.

17. Hydrostatic pressure effect on the redistribution of oxygen atoms in oxygen-implanted silicon / A.Misiuk, A.Barcz, J.Ratajczak, I.V.Antonova, J.Jun // Solid State Phenomena. 2002. - Vol. 82-84. - P. 115-120.

18. Infrared and photoluminescence studies on silicon oxide formation in oxygen-implanted silicon annealed under enhanced pressue /В.Surma, L.Bryja, A.Misiuk,

19. G.Gawlik, J.Jun, I.V.Antonova, M.Prujszczyk // Crystal Res. Technol. 2001. -Vol.36. - P. 943-952.

20. Damage accumulation in Si crystal during ion implantation at elevated temperatures: Evidence of chemical effects / J.P. de Souza, Yu.Suprun-Belevich,

21. H.Boudinov, C.A. Cima //J. Appl. Phys. 2000. - Vol. 87, №12. - P. 8385-8388.

22. Kazuo, О. Properties of thermally grown silicon nitride films / 0. Kazuo // J. Phys. Sos. Japan. 1967. - Vol.23, №3. - P. 655-657.

23. Климович, A.B. Применение метода инфракрасной спектроскопии для оценки структуры и состава пленок окислов кремния, силикатных стекол, и нитрида кремния / А.В. Климович, А.Д. Цырлин // Обзоры по электронной технике. Сер.7. 1988. - 3(293). - С. 2-43.

24. Satoshi, J. Deposition of silicon nitride films by the silane-hydrazine process / Satoshi J.// J. Elecrochem. Soc. 1967. - Vol.114, №9. - P. 962-965.

25. Формирование скрытого слоя Si3N4 при высокоинтенсивном ионном облучении (ВИО) кремния / И.А.Бачило, Р.В.Грибковский, Ф.Ф.Комаров, В.А.Мироиеико, А.П.Новиков. // ЖТФ. 1989. - Т.59, вып.1. - С. 200-202.

26. Gregorkiewicz, Т. Thermal donors and oxygen-related complexes / Т. Gregorkiewicz, H.H.P.Th. Bekman // Materials Science and Engineering. 1989. -B4.-P. 291-296.

27. Study of buried silicon nitride layers synthesized by ion implantation/ P. Bourguet, J.M.Dupart, E.Le Tiran, P. Auvray, A. Guivarc'h, M. Salvi, G. Pelous, P. Henoc // J. Appl. Phys.- 1980.-Vol. 51, №12.-P. 6169-6175.

28. Прохоров, Д. И. ИК спектры пропускания и отражения пленок нитрида кремния, полученных в плазме ВЧ разряда / Д. И. Прохоров, В. А.Сологуб, Б.А.Суходаев // Журнал прикладной спектроскопии. 1973. - Т.19, вып.З. - С. 520-523.

29. Jukinori, К. Some properties of silicon nitride films produced by radio frequency glow discharge reaction of silane and nitrogen/ K. Jukinori // Japan. J. Appl. Phys. -1969. Vol.8, №7. - P.876-882.

30. Gereth, R. Properties of ammonia-free nitrogen-Si3N4 films, produced at low temperatures/ R. Gereth // J. Electrochem. Sos. -1972. Vol.119, №9. - P. 1248-1252.

31. Taft, E.A. Characterization of silicon nitride films / E.A. Taft // J. Electrochem. Sos.: Solid state science. 1971. - Vol.118, №8. - P. 1341-1346.

32. Волгии, Ю.Н. Колебательные спектры нитрида кремния / Ю.Н. Волгин, Ю.И. Уханов //Оптика и спектроскопия. 1975. - Т. 38, вып. 4. -С. 727-730.

33. Белановский, А.С. Пленки нитрида кремния / А.С. Белановский, Г.Д. Баранов //Обзоры по электронной технике, инст. "Электроника". 1968. - В.15. - С. 125145.

34. Кокорева, И.В. Получение и применение пленок нитрида кремния в производстве полупроводниковых приборов / И.В. Кокорева // Обзоры по электронной технике инст. "Электроника". 1968. Вып.2. - С. 52-69.

35. Pavlov, P.V. Electron microscopy studies of silicon layers irradiated with high doses of nitrogen ions./ P.V. Pavlov, T.A.Kruze, D.I. Tetelbaum // Phys. status solidi. A. -1976. Vol. 36. - P. 81-88.

36. Особенности ИК поглощения на связях Si-N, имплантированном азотом / Г.А. Крузе, Д.И. Тетельбаум, Д.И.Лобанова, П.В.Павлов // Неорганические материалы. 1990. - Т. 26, №12. - С. 2457-2460.

37. Исследование слоев нитрида кремния, синтезированных ионно-лучевым методом / Г.А. Крузе, Д.И. Тетельбаум, Е.И.Зорин, Э.В.Шитова, П.В.Павлов // Неорганические материалы. -1975. -Т. 11, №8. -С. 1381-1384.

38. Study of buried silicon nitride layers synthesized by ion implantation / P. Bourguet, J. M. Dupart, E. Le Tiran, P. Auvray, A. Guivarc'h, M. Salvi, G. Pelous, P. Henoc // J. Appl. Phys. 1980. - Vol.51, №12. - P. 6169-6175.

39. Pacchioni, G. Charge transfer and charge conversion of К and N defect centers in Si3N4 / G. Pacchioni, D.Erbetta // Phis.Rev.B. 2000. - B. 61. - P. 15005-15011.

40. Electron paramagnetic resonance investigation of charge trapping centers in amorphous silicon nitride films /W. L. Warren, J. Kanichi, J. Robcrson, E.H. Poindexter, P. J. McWhorter //J. Appl. Phys. 1990. - Vol.74. - P. 4034-4046.

41. Short Range Order and the Nature of Defects and Traps in Amorphous Silicon Oxynitride Governed by the Mott Rule / V. A. Gritsenko, J. B. Xu, R. W. M. Kwok, Y. H. Ng, I. H. Wilson // Phys.Rev. Lett. -1998. Vol. 81. - P. 1054-1057.

42. Гриценко, В.А. Численное моделирование собственных дефектов в SiÜ2 и Si3N4 / В.А. Гриценко, Ю.Н.Новиков, А.В.Шапошников, Ю.Н.Мороков //ФТТ. -2001.-Т.35, вып. 9.-С. 1041-1049.

43. Stresmans, A. SisSi3 defect at thermally grown (111) Si/Si3N4 interfaces /А. Stresmans, G. Van Gorp // Phys. Rev. B. 1995. - Vol. 52, №12. - P. 8904-8920.

44. Electron paramagnetic resonance investigation of charge trapping centersin amorphous silicon nitride films / W. L. Warren, J. Kanicki, J. Robertson, E.H.Poindexter, P. J. McWhorter // J. Appl. Phys. 1993. Vol. 74, № 6. - P. 40344036.

45. Изменение дислокационной структуры кремния при облучении ионами средних энергий / П.В. Павлов В.И.Пашков, В.М.Генкин, Г.В.Камаева, В.И.Никишин, Ю.Н.Огарков, Г.И.Успенская // ФТТ. 1973. - Т. 15, №2. - С. 28572859.

46. Демидов, Е.С. Влияние плотности ионного тока при имплантации на эффект дальнодействия в кристаллах кремния с примесью железа / Е.С. Демидов, В.В.Карзанов, Павлов П.В. // ФТП. 1989. -Т.23, вып.З. - С. 548-550.

47. Павлов, П.В. Эффект дальнодействия в полуизолирующих полупроводниках GaAs и InP при облучении ионами аргона/ П.В. Павлов, Демидов Е.С., Карзанов В.В. // ФТП. 1992. - Т.26, вып.6. - С. 1148-1150.

48. Карзанов, В.В. Влияние ионной бомбардировки на поведение примесей группы железа в кремнии, арсениде галлия и фосфиде галлия: автореф. дисс. канд. физ.-мат. наук.: 01.04.10 /Карзанов Вадим Вячеславович. Горький, 1990. -22 с.

49. Владимиров В.Г. Влияние бомбардировки ионами Не+, Сг+ и Ni+ на микротвердость и коррозионное растрескивание нержавеющих сталей / В.Г.Владимиров, В.М.Гусев, B.C. Цыпленков //Атомная энергия. 1979. Т.47, вып.1.-С. 50-51.

50. Повышение циклической прочности металлов и сплавов методом ионной имплантации / В.Г.Владимиров, М.И.Гусева, С.М.Иванов, В.Ф. Терентьев, A.B. Федоров, В.А. Степанчинков // Поверхность. Физика. Химия. Механика. 1982. -№7. -С.139-147.

51. Эволюция свойств поликристаллических металлов (на примере пленок Fe, Ni и пермаллоя) при ионной имплантации / Е.В.Курильчик, П.В.Павлов, А.П. Павлов, Д.И. Тетельбаум // Поверхность. Физика. Химия. Механика. 1992. -№4.-С. 102-107.

52. Быков, В.М. Эффект дальнодействия при ионном облучении / В.М.Быков, В.Г.Малынкин, B.C. Хмелевская // Вопросы атомной науки и техники, сер. Физика радиац. поврежд. и радиац. матер. 1989. - Вып.3(50). - С. 45-48.

53. Abnormally deep structural changes in ion-implanted silicon/ P.V.Pavlov, D.I.Tetelbaum, V.D.Scupov, Yu.A.Semin, G.V. Zorina // Phys. stat. solid A. 1986. -Vol.94. - P. 395-402.

54. Романов, И.Г. Особенности поведения структурных, механических и фрикционных свойств инструментальных сталей, подвергнутых воздействию мощных ионных пучков/ И.Г.Романов // Трение и износ. 1992. - Т. 13, №5. - С. 865-869.

55. Романов, И.Г. Влияние структурно-фазовых превращений при воздействии мощных ионных пучков на механические и трибологические свойства инструментальных сталей/ И.Г.Романов // Известия РАН, сер. Физическая. 1992. - Т.56, №7. - С. 2-7.

56. Павлов, П.В. Физические проблемы ионной имплантации твердых тел / П.В.Павлов // Вопросы атомной науки и техники, сер. Физика радиац. поврежд. и радиац. матер. 1984. - Вып.З (31). - С. 95-102.

57. Морозов, Н.П. Дефектообразование в кремнии при ионной бомбардировке за пределами области пробега ионов / Н.П.Морозов, В.Д. Скупов, Д.И.Тетельбаум // ФТП. 1985. - Т. 19, вып.З. - С. 464-468.

58. Павлов, П.В. Изменение дефектного состояния в объеме арсенида галлия при ионной имплантации / П.В.Павлов, В.М.Коган, А.К. Курицына // ФХОМ. 1989. -№2.-С. 140-142.

59. Ударно-акустические эффекты в кристаллах при ионном облучении / П.В. Павлов, Ю.А.Семин, В.Д.Скупов, Д.И.Тетельбаум // ФХОМ. 1991. - №6. - С. 53-57.

60. Anomalous defect drifit induced in semiconductor crystals at ion implantation and pulsed laser annealing / T.A. Kuzemchenko, A.A.Manenkov, G.N. Mikhailova G.N., S.Yu.Sokolov // Physics Letters A. 1988. - Vol.129, №3. - P. 180-183.

61. Дальнодействие в металлах и полупроводниках при ионном облучении / П.В.Павлов, Д.И.Тетельбаум, Е.В. Курильчик, В.П. Сорвина, О.И. Куницина, И.В. Тулина // Высокочистые вещества. 1993. - №4. - С. 26-31.

62. Tetelbaum, D.I. Long-range effect at low-dose ion and electron irradiation of metals / D.I.Tetelbaum, E.V.Kurilchik, N.D.Latisheva // Nuclear Inst. and Meth. in Phys. Research. В. 1997.-127/128.-P. 153-158.

63. Семин, Ю.А. Усиление генерируемых ионной бомбардировкой упругих волн при распространении в кристалле с кластерами дефектов / Ю.А.Семин, В.Д.Скупов, Д.И. Тетельбаум // Письма в ЖТФ. 1988. - Т.14, вып.З. - С. 273275.

64. Влияние упругих волн, возникающих при ионной бомбардировке, на структурное совершенство полупроводниковых кристаллов / П.В. Павлов, Ю.А.Семин, В.Д.Скупов, Д.И.Тетельбаум, // ФТП. 1986. - Т.20, вып.З. - С. 503507.

65. Инденбом, B.JT. Новая гипотеза о механизме радиационно-стимулироваппых процессов /В.Л. Инденбом // Письма в ЖТФ. 1979. - Т.5, вып.8. - С. 489^192.

66. Мартыненко, Ю.В. Механизмы изменения глубоких слоев твердого тела при ионной бомбардировке / Ю.В.Мартыпепко, П.Г.Москвин// Поверхность. Физика. Химия. Механика. 1991. - №4. - С. 44-50.

67. Павлов, П.В. Далыюдействующее влияние ионной бомбардировки на систему дефектов в монокристаллическом кремнии /П.В.Павлов, Е.С.Демидов, В.В. Карзанов // Высокочистые вещества. 1993. - №3. - С. 31-37.

68. Мордкович, В.Н. Физические основы методов стимулированного управления свойствами ионно-легированных полупроводников /В.Н.Мордкович// Электронная промышленность. 1991.-№4.-С. 13-16.

69. Кривелевич, С.А. Волны переключения и эффекты дальнодействия / С.А.Кривелевич // Вестник Нижегородского университета им.Н.И.Лобачевского. Серия Физика твердого тела. 1998. - Вып.2. - С. 71-78.

70. Демидов, Е.С. Изменение сопротивления слоя кремния, обогащенного азотом, при дальнодействующем влиянии ионной имплантации / Е.С.Демидов, В.В.Карзанов, К.А. Марков // ФТП. 2000. - Т.34, вып.2. - С. 170-171.

71. Физические величины, справочник под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Михайлова. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

72. Ламперт, М. Инжекционные токи в твердых телах / Ламперт М., Марк П. -М.: Мир, 1973.-416 с.

73. Рязанцев, И.А. Дефекты и проводимость ионно-имплантированного аморфного кремния: автореферат дис. канд. ф.-м. наук: 01.04.10/ Рязанцев Иван Александрович. Новосибирск, 1984. - 21 с.

74. Изменения свойств ионно-синтезированной гетеросистемы БУМу^ в результате термических и ионно-лучевых обработок аргоном, неоном и кремнием / В.В.Карзанов, К.А.Марков, В.В.Сдобняков, Е.С.Демидов. // ФТП. 2002. - Т.36, вып.9.-С. 1060-1065.

75. Городилов, С.Е. Влияние отжига на изолирующие свойства ионно-синтезированных слоев SixNy / С.Е.Городилов, В.В. Сдобняков // Тезисы докладов студенческой конференции ННГУ им.Н.И.Лобачаевкого. Нижний Новгород. -2000г.-С. 5-6.

76. Марков, К.А. Стимулирование синтеза диэлектрических слоев в кремнии дальнодействующим ионным облучением: диссертация канд. ф.-м. наук: автореф. дисс. канд. физ.-мат. наук.: 01.04.10 /Марков Кирилл Александрович. Н. Новгород, 2002. - 22 с.

77. Sdobnyakov, V.V. Influence of additional processing by inert gases on the properties of the ion-synthesized layer SixNy / V.V. Sdobnyakov // IEEE Microwave Magazin. 2001. -Vol.2, №2. - P. 94.

78. Спонтанно-акустическое гиперзвуковое дальнодействующее стимулирование синтеза нитрида кремния при ионном облучении аргоном / Е.С.Демидов,

79. B.В.Карзанов, К.А.Марков, В.В.Сдобняков // ЖЭТФ. 2001. - Т. 120, вып. 3(9).1. C. 637-649.

80. Вклад дополнительной ионной имплантации в стимулирование реакции ионного синтеза фазы SÍ3N4 в слоях кремния, обогащенных азотом / Е.С.Демидов, В.В.Карзанов, К.А.Марков, Е.А.Питиримова, В.В. Сдобняков // Вестник ННГУ. -2001г. Вып.2(5). - С. 48-55.

81. Риссел, X. Ионная имплантация / Х.Риссел, И.Руге М.: Наука, 1983. - 360 с.

82. Пранявичюс, Jl. Модификация свойств твердых тел ионными пучками./ Л. Пранявичюс, Б. Дудонис -Вильнюс: Моклас, 1980. 242 с.

83. Хохлов, А. Ф. Новая аллотропная форма кремния /А. Ф. Хохлов, А.И.Машин, Д. А. Хохлов // Письма в ЖЭТФ. 1998. - Т.67, вып. 9. - С. 646-649.

84. Машин, А. И. Мультисвязи в безводородном аморфном кремнии / А. И. Машин, А. Ф. Хохлов // ФТП. 1999. - Т. 33, вып.8. - С. 1001-1004.

85. Аброян, И. А. Физические основы электронной и ионной технологии /И. А. Аброян, А. Н. Андронов, А. И. Титов -М.: Высшая школа, 1984. 320 с.

86. Физический энциклопедический словарь, под. ред. А. М. Прохорова. -М.: Советская энциклопедия, 1984. 944 с.

87. Whitham, G. В. Linear and nonlinear waves /G. В. Whitham. -Wiley Int. Publ., N.Y.-Sydn.-Tor, 1974 (пер. с англ.: Уизем Дж., Линейные и нелинейные волны, М.: Мир, 1977.-568 с.

88. Павлов, П. В. Физика твердого тела / П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов М.: Высшая школа, 1985. - 384 с.

89. Tucker, J. W. Microwave ultrasonics in solid state /J. W. Tucker, V. W. Rampton-Novth-Holl. Publ. Сотр., Amsterdam, 1972, (пер. с англ.: Дж.Такер, В. Рэмптон, Гиперзвук в физике твердого тела. М.: Мир, 1975. - 443 с.

90. Химия синтеза сжиганием. Под. ред. М. Коидзуми. Пер. с японск. М.: Мир, 1998.-247 с.