Влияние всестороннего давления на образование и трансформацию дефектов в ионно-легированных полупроводниковых слоях и других структурах микроэлектроники тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГ6 Ой

г ь ЛИР ¡зов

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НИЖЕГОРОДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. И. ЛОБАЧЕВСКОГО

На правах рукописи

ВАСИН Александр Сергеевич

УДК 539.2:621.382

ВЛИЯНИЕ ВСЕСТОРОННЕГО ДАВЛЕНИЯ НА ОБРАЗОВАНИЕ И ТРАНСФОРМАЦИЮ ДЕФЕКТОВ В ИОННО-ЛЕГИРОВАННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СЛОЯХ И ДРУГИХ СТРУКТУРАХ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

01.04.10 — физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород, 1993

Работа выполнена в Нижегородском государственном университете имени Н. И. Лобачевского.

Научный руководитель — доктор физико-математических наук, профессор В. А. Пантелеев.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор П. Б. Болдыревский; кандидат физико-математических наук, В. Д. Скупов.

Ведущая организация — Московски» институт тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова.

Защита состоится « п > —СыЛ.__ 1993 г,

в ^ 5" часов на заседании специализированного совета К 063.77.04 в Нижегородском государственном университете по адресу: г. Нижний Новгород, ул. Б. Покровская, д. 37, ауд. 220. Отзывы на автореферат направлять по адресу: 603600, Н. Новгород, ГСП-34, пр. Гагарина, 23, корп. 3, НИФТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ННГУ.

Автореферат разослан

1993 г.

Ученый секретарь совета, к. ф.-м. н., доцент

Ю. С. Попов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. дефекты кристаллов, в том числа, возникающие на различных стадиях изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, определяющим образом влияют на реальные характеристики готовых изделий: электрофизические параметры, надежность, стойкость. В связи с этим, в современной микроэлектроника продолжаются активные поиски различных, в том ■число нетрадиционных, методов воздействия на систему дефектов в полупроводнике с далью улучшения и модификации его свойств. Так, например, в последние года широко исследуется воздействие лазерного и мощного светового излучения на поверхность полупроводникового материала, воздействие сильно энергетических (> I МзВ) и сильноточных (десятые доли А/см^) потоков ионов и элементарных частиц на приповерхностный слов кристалла, влияние химических реакция на тыльной сторона полупроводниковой пластины на процессы, протекающие на рабочей стороне, и т.д.

В последнее время наметался интерес к такому воздействию, как обработка полупроводниковых материалов и структур всесторонним давлонием при температурах от комнатное до диффузионной. Это воздействие моягат быть обратимым, когда свойства материала восстанавливаются при снятии давления, или необратимым. Обратимое воздействие давления на электрофизические, магнитные и механичесгаю свойства изучено довольно хорошо, но оно не изменяет исходную дефектность кристалла. Исследований, касающихся необратимого воздействия давления, к тому же, приводящих к полезным изменениям в материале, совсем немного. Видимо, это связано с том, что в кристаллах с небольшим количеством дефектов для необратимых изменений тробукггея давления порядка I гигопаскаля и выше, поскольку наиболее распространенные полупроводники Се, 31, СаАз имеют довольно большие значения упругих модулей. Создание же установок с давлением таких величин, с объемом рабочей камеры хотя бы в несколько кубических сантиметров и с рабочей температурой до 1000-1200°С, затруднительно. При меньших давлениях зффЖг необратимости в малодефектных кристаллах несуцосгветкн.

Однако, предварительные оценгеи показывают, что в сильво-разупорядоченных полупроводниковых структурах заметное необратимое воздействие мошт наблюдаться при значительно меньших

давлениях, порядка сотен и даже десятков мегапаскалев, особенно при повышенной температуре. Это имеет место, например, при высокодозовой ионной имплантации и последующем отжиге, рекристаллизации аморфных слоев, отжито поросыщенных полупроводниковых растворов, в слоях, примыкающих к окисным и другим покрытиям на поверхности полупроводникового материала.

Поскольку имеющиеся на сегодня сведения а протекании зтих процессов Под давлением саворислно недостаточны, представляется актуальным их всестороннее изучение. Следует отметить, что экспериментальные исследовании при высоких давлениях довольно трудоемки. В связи с этим представляет несомненный интерес параллельное математическое моделирование процессов образования и миграции дефектов в полупроводниках под давлением. Цзлыо работы является:

- экспериментальное исследование влияния всестороннего газового давления до 2СЮ мпа на некоторые наиболее важные процессы отжига дефектов ионно-имплантированного с высокой дозой слоя, на диффузию бора и фосфора из такого слоя и на аномальные эффекты при их последовательной диффузии;

- моделирование на ЭВМ точечных и протяженных дефектов в кремнии в условиях всестороннего сжатия и получение их энергетических характеристик;

- моделирование процесса диффузии примеси из ионно-имплантированного слоя с учетом его сильной дефектности и высокой концэнтрации примеси;

- экспериментальное исследование влияния давления на некоторые другиэ процессы и структуры с силыюдефектными слоями: рекристаллизацию аморфного кремния, формирование омических контактов к арсаявду галлия, отжиг оксцдных и нитридных покрытий на кремнии.

Научная новизна работы состоит в том,что в ней впервые:

1.Исследована диффузия бора и фосфора из ионно-имплантированного с большой дозой слоя кремния при всестороннем газовом давлении и обнаружен эффект ускорения диффузии под давлением.

2.Исследован эффект эмиттерного выдавливания при формировании транзисторны* структур в кремнии в условиях всестороннего давления.

3.Проведено электронно-микроскопическое изучение даре стройки дефектов дислокационного типа при отжиге ионно-имплантированного с шеаков дозой слоя кремния и обнаружено ускорение процесса перестройки.

4.Проведено машинное моделирование вакансионных ' и собственных мождо.у зольных комплексов в кристалле кремния пол давлением и определены некоторые их энерготическко характеристики.

5.Предложена многочастичная модель диффузии фосфора из ионна-шплантированного слоя кремния и проведен расчет профиля распределения фосфора при диффузии под давлением.

6.Исследована рекристаллизация аморфизованного иодаки аргона и азота слоя кромния в отжиге под давлением. Обнаружено замедленна скорости рокристзллизации для Н+ при давлении до 100 МПз и ускоренно рекристаллизации в диапазоне 100-200 МПз для N+ и 0.I-2Q0 Ша для Аг+.

7.Исследовано формирование омических контактов к грсепиду галлия при вплавленш контактного покрытия под давлением и обнаружено улучшение качества контакта по сравнении) с вплавлвниом при атмосферном давлении.

работы состоит в тон, что:

- обнаруженный зффеист ускорошгая диффузии примоси из И11С под давленном мошт быть использован для выбора наиболпе оптимальных условия легирования активных слоев издолий микроэлектроники;

- ускоренная перестройка дофокпшя структуры имплантированного слоя в отжига под давленном позволяет оптимизировать режима отжигов и получать болоо бездефектные полупроводниковые слои;

- рассчитанные на ЭВМ энорготичоскио характеристики некоторых вакансионных и собственных мождоузольных дефектов в кромнии как с давлением, так и баз давления, позволяют установить степень участия тех или иных дефектов в процессе диффузии примоси из ионно-имллантированных слоев;

- предложенная модель диффузии фосфора под давлэниом из ионно-имплантированного слоя кремния дает возможность рассчитывать профили распределения и глубину проникновения примеси в случав высоких доз имплантации;

- обнаруженное умешьшониэ эффекта змиттерного выдавливания под давлэниом позволяет получать транзисторные структуры с более тонкой базой;

- предложенный способ вплавления омических контактов к зреониду галлия при повышенном давлении, защищенный авторским свидетельством об изобретении N1455938 (СССР), позволяет улучшить качество контактов в смысла уменьшения контактного сопротивления и расширения температурного диапазона вплавлэния, в котором получается удовлетворительное качество.

Рабата выполнялась по томе "Обработка материалов давлением", включенной в координационный план АН СССР (19851890 хт.)- Результаты, изложенные в настоящей работе, были использованы при выполнении 2-х хоздоговорных работ кафедры полупроводниковых приборов (NN Госрзгистрации: 01-8311,1985г. и ИК0287.00470X3,1987г.).

Положения, выносимые на защиту.

1.Механизм диффузии бора аналогичен механизму диффузии фосфора и является двухпотокошм.

2.Диффузия бора и фосфора из ионно-имплантированного с высокой дозой слоя кремния при воздействии всестороннего давления является аномально ускоренной . Давление не влияет на диффузию примесей из слоя, сформированного загонкой из внешнего источника. 3.Эффект ускорения связан с изменением под давлением процрсса терзстроаки дефектов нарушенного ионной имплантацией слоя: дислокационных петель, дефектов упаковки, преципитатов примеси.

4. Давление усиливает высвобождение примесных междоузельных атомов из преципитатов фосфора и собственных междоузельных атомов из дефектов упаковки типа внедрения, но уменьшает концэнтрацию вакансии.

5.Учет избытка собственных мещцоузельных атомов и растворения пршмесных преципитатов в имплантированном с высокой дозой слое кремния позволяет получить расчетные профили распределения фосфора , совпадающие с экспериментальными.

в.Упругие напряжения и дислокационные дефекты играют сущэствен-ную роль в ripoijpcco рокристаллизации аморфизованных слоев кремния. Это подтверждается зависимостью процесса рокристаллизации от давления.

?.Процесс рекристаллизации арсонвда галлия при вплавлэнии омического контакта контролируется диффузией атомов золота и германия и упругими напряжении«!! в области контакта.

Апробация работы. Отдельные разделы работы докладывались на VIII и IX Республиканских семинарах "Влияние высоких давлвний на вашретво" (г.Киев, 1983 и 1984 гг.); II и III Всесоюзных совещаниях "Применение высокого давления дня получения новых материалов и создания интенсивных процэссов и химических технологий" (г.Москва, 1986 и 1990 гг.); I Всесоюзном семинаре "Низкотемдаратурноа легирование полупроводников и многослойных структур микроэлектроники" (г. Устинов, 1987г.); XXX Постоянном семинаре "Моделирований на ЭВМ радиационных и других дефектов в

кристаллах" (г. Одесса, 1990г.); I Международной конференции Института электроники болгарской Академии Наук (г. София, 1990г.); а такжо неоднократно на итоговых научных конференциях (I985-I93Q гг.) и семинарах кафедры полупроводниковых приборов Нижегородского госуниверситета.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано II научных работ и получено I авторское свидетельство па изобретение.

Структура и обЪом диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 120 страниц машинописного текста, 41 рисунок, 10 таблиц и список литературы из 177 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель исследования, указана научная и практическая цэнность работы, приведены основные положония, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ опубликованных работ, в которых рассмотрены особенности отжига дефектов в ионно-имплан-тированных слоях (ШС) кремния. Отмочаотся, что к настоящему вромени остаются неясными многие вопросы, связанные со структурой дефектов ИИС, с деактивацией и перераспределением примеси при термообработках, особенно при высоких дозах имплантации.

Большая часть главы посвящена обзору литературы по влиянию гидростатического (ГД) давления на систему дефектов в кристаллах. Теоретические исследования показывают, что в относительно совершенных кристаллах концентрация точечных дефектов и их коэффициенты диффузии при давлен™ в несколько сотен мегзпаскалея изменяются но более, чем на 10-20Ж. Для большинства металлических и шэлочно-галлоидных (ЩГ) кристаллов они уменьшаются с давлением. В кристаллах, имеющих анизотропию, связанную с внутренними границами раздела, гетерофазностью, сильным неоднородным легированием, ГД при определенных условиях вызывает образование и перемещение дислокационных дефектов.

Экспериментальные исследования по влиянию давления на дефекты выполнены большой частью для металлических и ЩГ кристаллов. Обнаружено как уменьшение, так и возрастание с давлением плотности дислокационных дефектов, а такжо коэффициентов диффузии и самодиффузии, прич&к в белое широком диапазоне, чем следует из теоретических расчетов. Jлл полупроводниковых кристаллов таких работ совсем немного. Предприняты определенные попытки по изучению распада преципитатов некоторых примесей в Si после об-

работки ГД, исследованию плотности дислокаций в Si, выдержанном при высоком давлении и высокой температуре, самодиффузии в Ge, рекристаллизации аморфизованных ионной имплантацией слоев Si и GaAs. Имеется несколысо работ ш влиянию давления на опкиг ШС кремния, в которых исследована диффузия мышьяка и самодиффузия атомов кремния. Все они появились недавно и опубликованы параллельно с нашими работами.

В рассмотренных работах приводятся весьма противоречивые и явно недостаточные сведения по влиянию давления на процессы образования и трансформации дефектов в полупроводниковых кристаллах. Поэтому дальнейшее исследование этого вопроса представляется весьма актуальным.

В обзоре рассмотрены также некоторые примеры применения ГД в микроэлектронике. Однако, число подобных работ незначительно, что связано с недостаточной изученностью процессов и дефектов в твердых телах под давлением.

Во второй глава излагаются результаты экспериментального исследования влияния давления на отжиг дефектов и диффузию фосфора в ионно-имллантированпом кромнии. Приводится описание специально изготовленной установки для отжига при высоком давлении и ее параметры: среда, передающая давление, - аргон; РМАх - до 210 МПа; Тыдх- до НОО°С; максимальные размеры исследуемых образцов - 5x5 мм2 при 800- НО0°С, 8x8 мм2 - при 500-700°0. Описывается внутренняя оснастка сосуда высокого давления, оригинальная методика измерения и тестирования температуры.

Для исследования диффузии фосфора были взяты образцы кремния карей КДБ-40 с ориентацией (111), предварительно облученные ионами Р+ с энергией 40 кзВ и дозой 2Л0*Й ион/см2, что существенно выше дозы амортизации. Диффузионные отжиги проводились при давлении от атмосферного до 160-200 МПа • при температурах 800, 800 и Ю00°С за время от 10 минут до 8 часов. Посла отжигов измерялись профили распределения электрически активного фосфора, из которых графическим интегрированием определялась степень электрической активации примеси.

Во всех "опытах (кроме отжига при 900°С, 10 мин.) под давлением обнаружено существенное (до 45%) увеличение ' проникновения атомов фосфора в глубь образца, а также увеличение степени электрической активации примеси. Эффект давления возрастает с увеличением времени отжига, выходит на насыщение и медленно спадает при увеличении температуры или времени отжига.

Для сравнения нами были выпсшюны опыты с образцами кремния, в которых исходный высоколегированный слой создавался диффузионной загонкой из фосфоросиликатного стоила (ФСС). После ноо ФСС было стравлено и осущрствлепа разгонка с давлением и без давления при 900°С в течониэ 3-х часов. При этом различия в профилях распределения электрически активного фосфора обнаружено не было.

Полученные результаты позволили связать эф}окт аномального ускорения с наличием в диффузионной зоне ионно-легированного с высокой дозпи слоя. Извостно, что при высоких дозах имплантации даю после длительных отжигов при 900-I000°c в приповерхностном слое остается значительное число дефектов дислокационного типа и дефектов упаковки. При отжиге происходит их трансформация, связанная с испусканием и поглощением собственных междоузольных атомов (СМА) и заключающаяся в изменении их размеров, плотности распределения по глубине и концентрации. Естественно, что этот процесс влияет на диффузионное пврераспределвгдаэ примеси.

В связи с этим было проведено элоктрошш-микроскогтаческое исследование эволюции дефектной структуры имплантированного большой дозой слоя кремния. Изучались образцы после опкигов с давлением и без давления, предварительно облученные ионами Р+ и Silf+ с дазой 2.I0"1 ион/см2. Близость масс тех и других ионов должна приводить к близким структурным нарушениям. Отжига проводились при температурах 800, ООО, 100а°С за 20, 30, 60 минут. Обнаружено, что давление существенно ускоряот процесс отжига дефектов в сильно разупорядочонных-ЛИС для обоих типов ионов. Ускоряющий зффшет давления особенно заметен на этапе формирования достаточно крупных дефектов дислокационного типа или дефектов упаковки.

Предложена качественная 3-х стадийная схема постимллан-тэциошюго отжига ИИС, описывающая эволюцию вторичных радиационных дефектов и влияние ее на диффузию. Основная роль в ной отводится наличию в поверхностном слое избытка СМА (1) и выделений второй фазы в виде преципитатов или кластеров типа SiP (2). Экспериментально трудно оценить вклад второго фактора в диффузию, поскольку из-за малости працклитатов невозможно проследить изменение их количества и размеров. Подтверждение влияния первого фактора было получено в контрольном эксперименте при исследовании диффузии фосфора с неболы.ой (= 10*а см_а) поверхностной концентрацией в кремнии, предварительно аморфизованном ионами

с дозой 2.10"* ион/см2. В этом с.хучао (в условиях малове-

ротного образования Б1Р) также обнаружена ускоренная диффузия фосфора в отжигах под давлением, что подтвердило наше предположение о роли СМА, выделяющихся при трансформации дефектов МО и ускоряющих диффузию фосфора за счет вытеснения части примесных атомов в мевдоузельные положения.

В третьей глава предложена и апробирована физическая модель процесса образования и миграции дефектов в легированном фосфором ШС. В начале главы описаны модельные расчеты энергии образования вакансии и СМА, выделяющихся при распаде плоских дефектных образований - вакансионных пор и дефектов упаковки. Мы предположили, что аналогичные, но только более разнообразные по форме и размерам, образования трансформируются при отжиге реальных ШС.

Расчеты проводились на 525 атомном кластере методом молекулярной динамики с использованием потенциала Вуксевича для межатомного взаимодействия. Влияние давления учитывалось добавлением внешней силы, приложенной к граничным атомам кластера и направленной к центру. Моделировались одиночные нейтральные вакансия и СМА, плоские вакансионные поры из 13 и 22 вакансий, "дефекты упаковки" (ДУ) мевдоузельного типа из 22 и 24 собственных междоузельных атомов. Из комбинации анергии кластеров с одиночными и двумерными дефектами получены энергии образования вакансии и СМА при различных процессах, указанных в табл. I. Из анализа этих данных сделан вывод, что при наличии в объеме кристалла ДУ мевдоузального типа концентрация СМА будет значительно больше, чем в чистом кристалле или в кристалле, содержащем вакансионные поры. Давление заметно уменьшает энергию образования СМА при распаде ДУ.

Результаты этих модельных расчетов подтвердили наша предположение о том, что при наличии в кристалле дислокационных дефектов междоузельного типа, обХем кристалла пересыщен СМА , и что давление еще больше увеличивает их концентрацию.

Далее описано численное моделирование диффузии фосфора из имплантированного с высокой дозой слоя. Предварительно проведенный анализ сушэствующих моделей диффузии, показал, что при высокой концентрации примеси необходимо учитывать кластеризацию или преципитацию примесных атомов и активное взаимодействие различных точечных дефектов между собой и с протяженными дефектами.

Предложена многочастичная модель диффузии фосфора из имплантированного с высокой дозой слоя, учитывающая образование избыточных СМА, выделение примесных междоузельных атомов рас-

Результаты модельных расчетов энергии образования различных дефектов

Таблица I

Вид дафэкта и механизм образования

Значение энергии, эВ Без давления Под давлением

1. Образования нейтральная вакансии при:

а) шреходе атома из объема на поверхность;

б) перехода атома из объема в пору (пора22 -» пора13 + 9 вакансий);

в) переходе атома из обЪзма

на ДУ (ДУ22 -* ДУ24 + 2 вакансии);

2. Образование дефекта Френкеля

3. Образования нейтрального мовдо-

узельного атома при:

а) шреходе с поверхности в ойЪом;

б) пароходе с поверхности поры в обЪем (пора13 —* пора22 + 9 междоузлий);

• в) переходе из ДУ в обЪем

(ДУ24 ДУ22 + 2 междоузлия)

5.17

4.14

10.82 12.84

7.67

8.70 2.23

творящимися преципитатами и влияние давления. По этой модели концентрации 6 типов дефектов как функции координаты и времени могут быть определены путем решения системы уравнения, представленной на следующей странице.

В вея х - координата; I - время; 0у, Си, СЕ, с„, Сх, Ср концентрации, соответственно, атомов фосфора в узлах, атомов фосфора в междоузлиях, Е-центров, вакансий, СМА, атомов фосфора в преципитатах; С =Су + См + СЕ - ковцзнтрация на связанного в преципитаты фосфора; С"01- предел растворимости фосфора при данной температуре; :0И, Бе> 1)1 - постоянные коэффициенты диффузии для междоузельного фосфора, Е-цэнтров, вакансий и СМА, соот-

- 13 -

tfC /«X = -к С C+rt+йОВ-Й --«„с С ,+к'С +к СО -к'С

у 1 у V (С 2 М V Я у Я у I Я »Л 3 С I 3 у

«С /ot = D •Лз/лг'-к,СМС„+к[С +К„0 Сг-к'С + W(t)

и Ы li 2 М V 2 у Э у I 9

= Dv •^Су/Л2~К4СуСу+1<Ск -K20MCv+K^Cy-K4 (CvCt-CX • W (t) «С/it = Dt • ^G/^-k^G^G^ (CvCr0*C*) + Coexp( -t/т ) eCp/at = - W<t)

W(t) = 4nN В (Cea- C)'tR* - 2DV<C'ol~C)t]"*.

ветствснно (коэффициентом Dy пренебрегли в силу его малости по сравнению с DM, D£ и, тем более, Dv, Dt); к и к - константы скоростей прямых и обратных реакций взаимодействия дефектов между собой; С*, С* - равновесные концентрации вакансия и СМА (член к4С*С* отражает тепловую генерацию пар Френкеля). W(t) -скорость выделения примесных междоузельша атомов растворяющимися преципитатами; N^ - их концентрация, Rpo - их средний . радиус к началу моделирования, V - обЪэм, приходящийся на 1 атом фосфора в фазе преципитата (предположительно орггоромбической S1P). Мы считаем, что распад преципитата идет по реакции

SiP —» Рн + Si + «V, где Ри - атом фосфора в междоузлии, V - вакансия, а - величина, близкая к 1. Генерация и рекомбинация СМА вторичными дислокационными дефектами описывается одним членом Goexp( -t/т ), где G0 - эффективная скорость испускания СМА, т - эффективное время уменьшения количества дислокационных дефектов в поверхностном слое. Они были оценены из анализа литературных данных: са « 4.10" cm'V1, т « 20 минут.

В качестве начального распределения для Су был взят наш экспериментальный профиль после диффузии в точении 10 минут при 900° С (за это время влияние давления еще не проявляется, а образование преципитатов уже завершено и в дальнейшем происходит лишь их растворение).

По предложенной модели выполнен расчет на ЭВМ и проведено сравнение с экспериментальными профилями <900°С,.40 мин.) как с давлением (200 МПа), так и без давления. Учтена зависимость от

давления коэффициентов диффузии дефектов, их равнопосной концентрации, а такжо параметров 0ои Про. Подучено хорошее совпадение с экспериментальны!™ профилями. Варьирования параметров С0 и 111-о позволило установить, что при высокой концентрации фосфора (т.е. при наличии преципитатов) больший вклад в ускорение диффузии под давлениям вносят примесные междоузелыше атомы (второй фактор). В случае относительна малой концонтрации фосфор-!, но при болыша дефектности ИМС, преобладает влияние СМА (горвыя фактор).

Четвертая глава посвящена исследованию диффузии бора в кремнии при всестороннем давлении. Анализ литературных данных показал, что в механизмах диффузии бора и фосфора при высоких концентрациях много общих особенностей. В частности, при определенных условиях эксперимента и на профилях распределения бора проявляются характерные аномалии - перегиб и "хвост", однако не так заметные, как у фосфора. Для подгваркдания этого вывода был иссладован вид профилей электрически активного бора после диффузии в течение 100 часов при температурах 7Ь0 и 950°С при атмосферном давлении в инертной среде. Полученные в этих специально выбранных условиях профили имеют явно выраженный перегиб. Точки перегиба профилей (Ск) в координатах 1й(Ск.) - 1/Т хорошо ложатся на прямую линию, подобно температурной зависимости точки перегиба при диффузии фосфора, что подтверждает предположение об идентичности механизмов диффузии бора и фосфора, а именно, о двухпотоковом механизме. Одной из составляющих диффузионного потока следует считать комплексы В"^, аналогичные Е-центрам для фосфора, другой - междоузельные атомы бора.

Для количественной оценки концентрации мещцоузального бора мы провели квзнтовомеханическиЯ расчет энергии образования (Е^ ) его в решетке кремния. Использоезлся метод молекулярных орби-талеи и 17-111 атомный кластер. Для атома бора в тетраэдричес-ком мевдоузлии подучили Е^ =1.5 эВ, что позволило оцэкить долю кеждоузельных атомов борз « Ю-2 от их общего количества. Этого, в соответствие с результатами моделирования диффузии фосфора (гл. 3), вполне достаточно для образования перегиба на концентрационном профиле.

Проведано исследование влияния давления на диффузии бора из ионно-ишшштировэнного с высокой дозой (5.10*5 ион/см2) слоя и из предварительно сформированного загонкой из боросиликатного стекла (БСС) слоя. Так жо, как и дал фосфора, обнаружено

ускорение диффузии под давлением в горвом случае и независимость от давления перераспределения бора во втором случае. Эффект ускорение диффузии под давлением объясняется дополнительным количеством СМА, выделяющихся при отжиге вторичных дислокационных дефектов ШС. СМА вытэсеяют часть атомов бора из узлов в междоузлия, что и приводит, в конечной счете, к ускоренной диффузии.

Исследовано влияние давления на последовательную диффузию бора и фосфора и связанный с ней эффект эмитторного выдавливания (ЭЭВ) при формировании транзисторных структур в планарной технологии. Для создания области базы предварительно проводилась диффузия бора из 2-х источников: из ШС (40 кэВ; 5.I013 ион/смг) и БСС. После первоначальной загонки бора и нанесения пленки окисла в ней создавались мена, в которые имплантировались ионы Р+ (40 кэВ; 2.10,в ион/смг). Глубины р-п переходов в окне и под маской определялись методом шарового шлифа после многочисленных усреднений. Формирование области эмиттера проводилось при 900-1050°С в течение 20-60 минут. Обнаружено, что величина ЭЭВ не изменяется под давлением, если первоначально легированная бором область создавалась диффузией из БСС (нет источников СМА). Если же эта область создавалась при диффузии из ШС (много источников СНА), то заметно некоторое уменьшение ЭЭВ под давлением. Полученный эффект объяснен конкурентным влиянием диффузии фосфора и давления на диффузию бора в окне и под маской.

В пятой главе рассмотрены эффекты влияния всестороннего давления на некоторые неоднородные полупроводниковые структуры.

Представлены результаты исследования влияния давления на рекристаллизацию аморфизованных ионами азота и аргона слоев кремния. Для ионов N+ исследована зависимость скорости эпитзкеи-альной рекристаллизации (VKp) от давления в диапазоне до 200 МПа при температурах 550, 575 и 600°С. VKP находилась по толщине оставшегося к опродолонному мамонту времени поверхностного аморфного слоя. Она определялась при послойном удалении аморфного материала до появления кикучи-линга на электронограммах поверхности.

При атмосферном давлении VKp оказалась близкой к значениям, известным из литературы. С увеличением давления до 100 МПа VKp слабо уменьшается и достигает минимума. При увеличении давления до 200 МПа она возрастает в 1.4 раза по сравнению с VKp при атмосферном давлении. Из анализа этих результатов и некоторых известных из литературы моделей рекристаллизации сделан вывод,

что при даалонки „. IOQ МГ1а происходит смона механизма рекристаллизации. При низких даагониях, по-видимому, имеет место рекристаллизация, связанная с переориентацией вблизи фронта микрофрагментпв, состоящих из большого числа атомов кремния, а при высоких давлениях на этот процесс накладывается влияние дислокационных дофонтов, количество которых возрастает под давлением вблизи границы аморфяьм слой-кристаллическая подложка. Измененио их плотности с давлением было подгвервдзно количественными измерениями выходов дислокация на поверхность послэ обработки образцов в травитело Сиртла.

Для аморфного слоя, созданного облучением ионами Аг+, исслэ-дована Vur при атмосферном давлении и при давлении 210 МПа по спектрам резерфордовского обратного рассеяния и каналирования при температуре 575°С. Обнаружено, что под давлением скорость эпитаксиальной рекристаллизации значительно выше. Кроме того, под давлением наблюдается и рзкристаллизованныа поверхностный слоя, который является следствием "неориентированной" рекристаллизации. Наличие этого слоя объясняется диффузной внешнего аргона (как среды, передающей давление). Известно, что при "неориентированной" кристаллизации важную роль играют гззовыв пузырьки, создающие локальные поля упругих напряжений, которые существенным образом влияют на процесс рекристаллизации. Дополнительное приложение внешнего давления усиливает внутренние напряжения и, тем самым, ускоряет этот процесс.

Еще одним примером многослойных структур являются омические контакты к СаАз, повышение качества которых весьма актуально для приборов, работающих в СВЧ диапазоне. Описаны результаты влияния давления на приведенное сопротивление контэетов и их вольт-амперные характеристики. Контакты формировались на основа эвтектического сплава Au-Ge при кратковременном нагреве в аргоне до температуры 40Q-50CPC при атмосферном давлении и при давлении 200 МПа. Обнаружено улучшение качества контактов при вплавлвнии их под давлением, выразившееся в уменьшении контактного сопротивления, расширении томшратурного диапазона, в котором получается удовлетворительное качество и в улучшении'линейности ВАХ. Полученные результаты объясняются уменьшенном под действием давления относительной разницы скоростей диффузии германия и золота в СаАз.

Приведены результаты исследования влияния обработки газовым давлением на напряжение плоских зон (НПЗ) МДП структур на крем-

нии. нпз опродолилась из C-V характеристик алюминиевых контактов, напыленных на поверхность диэлектрических пленок после обработки дашганиом до 60 МПа при 20, 400 и 600°С. Исследованы 2 типа систем: 51>3102+ФСС (I) и Si+Si02+5i3N4 (II). Диэлектрические слои создавались термическим окислэнием (И50°С) и ииролитическим осажданием (900°С>. '

Обработка при комнатной температуре привела к уменьшению НПЗ. Обработка при 400°С понизила НПЗ в система- I и увеличила его в системе II. При 600°С наблюдалось понижение НПЗ в обеих системах как при повышенном давлении, так и при атмосфориом.

Увеличение НПЗ при высоких температурах известно из литературы и не является неожиданным. Однако, под давлением мы обнаружили ошз и эффект неоднородного распродалнния НПЗ для различных контактов по площади образца. Измоненда НПЗ объяснено порераспределвнием локализованных зарядов на границэ диэлеклрик-подупроводник. Оно может быть связано с диффузионным порода-щэндам примесных атомов вдоль границы иди с появлением зарядов ва оборванных связях дислокационных дефектов. Причиной того и другого являются поля упругих напряжений, дополнительно возникающие на граниде при приложении внешнего давления.

сформулированы следующие выводы,

1. Проведено элоктрошю-микрэскопическоа изучение эволюции дефектной структуры иотао-имшантированвого с высокой дозоа кремния при отжига в условиях всестороннего сжатия в среде инортнох'о газа при давлении 200 №а. Обнаружена ускоренная трансформация дефектов ШС в отжигах под давлением по сравнению с отжигами без давления.

2. Проведено исследование диффузии фосфора и бора в кремнии из имплантированного с высокой дозой слоя. Обнаружено существенное ускорение диффузии этих примесей при отжито под давлением. Эффект наиболее заметен на средней стадии отжига и уменьшается с увеличением его длительности. Не обнаружено влияния давления в аналогичных опытах на диффузию бора и фосфора из нанесенных на поверхность кремния силикатных стекол. Показано, что эффект ускорения диффузии связан с ускоренной перестройкой под давлэнием дефектной структуры ШС;

3. Проведены модельные расчеты энергии образования вакансия и собственных меадоузельных атомов, выделяющихся из вторичных радиационных дефектов ИИС при отжиге. Показано, что при наличии в объеме кристалла дислокационных дефектов междоузельного типа

энергетически более выгодно образование СМА, а не вакансий. Давление понижает энергию образования СМА в этих условиях и увеличивает их концентрацию.

4. Предложена многочастичная модель диффузии фосфора из имплантированного с высокой дозой слоя кремния, учитывающая образование избыточных СМА, выделепие примесных мошдоузольных атомов растворяющимися преципитатами и влияние давления. Проведенные по этой модели расчеты показывают хорошее согласно с экспериментом.

5. Проведено исследование влияния давления на эВДюкг эмиттерно-го выдавливания при создании транзисторных структур на кремнии. Обнаружено некоторое уменьшение этого эффекта под давлением в случао формирования базы и эмиттера последовательной диффузией бора и фосфора из ИИС. Эффект объясняется барическим воздействием на концентрацию собственных междоузельных атомов.

6.Исследовано влияние давления на процосо твердофазной эпи-таксиальвой рекристаллизации аморфного слоя кремния, созданного имплантацией ионов азота и аргона. В обоих случаях обнаружено возрастание скорости рекристаллизации под давлением в 200 МПа. Показано, что в процессе рекристаллизации существенную роль играют упругие напряжения и дислокационные дефекты вблизи границы аморфный слой-кристалл.

7. Исследовано влияние давления на качество смических контактов, сформированных на n-СаАз вплавленивм Au-Ge эвтектического сплава. Обнаружено существенное улучшение ВАХ и приведенного сопротивления контакта по сравнению с его формированием при атмосферном давлении. Результат объясняется выравниванием под действием давления скоростей диффузии атомов золота и германия.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

1. Пантелеев В. А., Окулич В. И., Акингсина Е.И., Васин A.C. Расчет энергий комплексов фосфорчсремниа и фосфор-вакансия в кремнии методом МО ЖАО// ЭВМ и моделирование дефектов в кристаллах.-Ленинград: Наука, 1983.- С.74 - 75.

2. Окулич В.И., Пантелеев В.А., Васин A.C. Перераспределение Ионно-имплантарованного фосфора в кремнии при отжиге в условиях всестороннего сжатия// ФТП.- 1982.- Т. 16, В.в.-С. 1489-1490.

3. Васин A.C., Окулич В.И., Пантелеев В.А., Тетельбаум Д.И. Влияние давления на скорость рекристаллизации аморфизованного слоя кремния при всестороннем сжатии// ФТТ.- JSB5.- Т. 27, В. I. -С. 274 - 277.

4. Пантелоев В.А., Окулич В.И., Васин A.C., Гусаров В.А. Механизм диффузии борз в кремнии // Изв. АН СССР. Сер. Ноош-анич. материалы.- 1985.- Т.21, В. 8.- С. 1253 - 1255.

5. Васин A.C., Данилова Г.В., Мурель A.B., Окулич В.И., Пантелеев В.А. Влияние газового давления (300 - 600)"icf Па на структурные и электрофизические свойства кремния и систем Si-Si02 Si-a-Si// Тез. докл. II Всесоюзн. совещания "Применение высоких давлении для получения новых материалов и создания интенсивных процессов химических технологий", М.: МГУ, I98G.- Ч. II,- С. 122.

6. Васин A.C., Окулич В.И., Пантелеев В.А. Диффузия фосфора из ионно-имплантированного слоя кремния под давлением// Тезисы докл. I Всесоюзного семинара "Низкотемпературное легирование полупроводниковых и многослойных структур микроэлектроники", г. Устинов, 1987.- С. 54 - 55.

7. Доронина H.A., Кигаев М.А., Окулич В.И., Васин A.C., Пантелеев В.А. Способ формирования омических контактов к арсениду галлия п - типа// Авт. свидетельство N 1455938 от I. 10. 1988 г.

8. Васин A.C., Окулич В.И., Пантелеев В.А. Аномально-ускоронная диффузия фосфора из ионно-имплантированного слоя кремния под давлением// ФТП.- 1989.- Т. 23, В. 3.- С. 483 - 487.

9. Васин A.C., Окулич В.И., Пантолиев В.А., Кудрявцева Р.В., Куприянов Е.А., Тетельбаум Д.И. Электронно-мшфоекопичвское исследование динамики струхгурных превращений в ионно-имплантированном кремнии при отжиге ' под давленном // Деп. в ВИНИТИ, 27.08.90 Г.- N 4808-ВД0.- 19 с.

10. Васин A.C., Окулич В.И., Пантелеев В.А. Влияние давления на эволюцию дефектов при отжиге ионно-легированного кремния // Тезисы докл. III Всесоюзного совещания "Применение высоких давлений для получения новых материалов", М.: МГУ, 1990.- С. 42-43.

11. Васин A.C., Окулич В.И. Оценка роли точечных дефектов в перестройке структуры при диффузии из ионно-имплантированного слоя кромния под давлением// Моделирование на ЭВМ дефектов и продавцов в металлах.-Лонинград: Наука, 1990. С. 71 - 72.

12. Доронина H.A., Китава М.А., Окулич В.И., Васин A.C. Получение омических контактов к арсениду галлия в условиях высокого газового давления// Электронная техника. Сер.7 ТОПО.- 1891,В. ] (Т(>1).- С. 79 - 80.