Комплексная диагностика слоев кремния на изоляторе после ионной имплантации и отжига

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Отработана технология активации ионно-имплантированных легирующих примесей в слоях кремния на изоляторе при пониженной температуре отжига (600°С) с использованием методики предаморфизации приборного слоя кремния. В случае имплантации фосфора аморфизацию кремния осуществляли непосредственно ионами легирующей примеси. В случае имплантации бора для предаморфизации слои предварительно облучали ионами аргона или фтора. Комплексную диагностику имплантированных слоев проводили методами вторично-ионной масс-спектрометрии, рентгеновской дифрактометрии и малоугловой рентгеновской рефлектометрии. Комбинация методов позволила характеризовать распределение примесей, степень кристалличности кремния, толщины слоев и ширины переходных слоев в структурах. Результаты диагностики структуры и состава хорошо соотносятся с расчетами в программном комплексе SRIM и электрофизическими характеристиками слоев после отжига. Было показано, что использование аргона для предаморфизации кремния мешает процессу рекристаллизации и не позволяет достичь приемлемых электрофизических характеристик легированного слоя. Аморфизация фосфором и предаморфизация фтором при имплантации бора дала возможность получить требуемые значения сопротивления легированных слоев после отжига при температуре 600°С. Применение комплексного подхода позволило оптимизировать режимы аморфизации, ионного легирования и отжига структур кремния на изоляторе при пониженной температуре, необходимые для создания светоизлучающих приборных структур на основе кремний-германиевых наноостровков.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. А. Юнин

Институт физики микроструктур РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: yunin@ipmras.ru
Россия, Нижний Новгород

М. Н. Дроздов

Институт физики микроструктур РАН

Email: yunin@ipmras.ru
Россия, Нижний Новгород

А. В. Новиков

Институт физики микроструктур РАН

Email: yunin@ipmras.ru
Россия, Нижний Новгород

В. Б. Шмагин

Институт физики микроструктур РАН

Email: yunin@ipmras.ru
Россия, Нижний Новгород

Е. В. Демидов

Институт физики микроструктур РАН

Email: yunin@ipmras.ru
Россия, Нижний Новгород

А. Н. Михайлов

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: yunin@ipmras.ru
Россия, Нижний Новгород

Д. И. Тетельбаум

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: yunin@ipmras.ru
Россия, Нижний Новгород

А. И. Белов

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: yunin@ipmras.ru
Россия, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Зорин Е.И., Павлов П.В., Тетельбаум Д.И. Ионное легирование полупроводников. М.: Энергия, 1975. 129 с.
  2. Wolf S., Tauber R.N. Silicon Processing for the VLSI Era. Vol. 1. Process Technology, 2000.
  3. Hemmet P., Lysenko V.S., Nazarov A.N. Perspective Science and Technologies for Novel Silicon on Insulator Devices. Dordrecht: Springer Science and Business Media, 2012.
  4. Wang Q.-Y., Nie J.-P., Yu F., Liu Z.-L., Yu Y.-H. // Mater. Sci. Engin. B. 2000. V. 72. P. 189. https://doi.org/10.1016/s0921-5107(99)00511-5
  5. Shemukhin A.A., Nazarov A.V., Balakshin Y.V., Chernysh V.S. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2015. V. 354. P. 274. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.11.090
  6. Plummer J.D., Deal M., Griffin P.D. Silicon VLSI Technology: Fundamentals, Practice and Modeling. Pearson, 2000.
  7. Woodard E.M., Manley R.G., Fenger G., Saxer R.L., Hirschman K.D., Dawson-Elli D., Couillard J.G. // 2006 16th Biennial University/Government/Industry Microelectronics Symposium. San Jose, CA, USA, 25–28 June, 2006. P. 161. https://doi.org/10.1109/UGIM.2006.4286374
  8. Heiermann W., Buca D., Trinkaus H., Holländer B., Breuer U., Kernevez N., Ghyselen B., Mantl S. // ECS Trans. 2009. V. 19. P. 95. https://doi.org/10.1149/1.3118935
  9. Wang Y., Liao X., Ma Z., Yue G., Diao H., He J., Kong G., Zhao Y., Li Z., Yun F. // Appl. Surf. Sci. 1998. V. 135. P. 205. https://doi.org/10.1016/s0169-4332(98)00230-x
  10. Смагина Ж.В., Зиновьев В.А., Степихова М.В., Перетокин А.В., Дьяков С.А., Родякина Е.Е., Новиков А.В., Двуреченский А.В. // Физика и техника полупроводников. 2021. Т. 55. Вып. 12. C. 1210. https://doi.org/10.21883/FTP.2021.12.51707.9722
  11. Smagina Z.V., Zinovyev V.A., Zinovieva A.F., Stepikho-va M.V., Peretokin A.V., Rodyakina E.E., Dyakov S.A., Novikov A.V., Dvurechenskii A.V. // J. Luminescence. 2022. V. 249. P. 119033. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.119033
  12. Xu X., Usami N., Maruizumi T., Shiraki Y. // J. Cryst. Growth. 2013. V. 378. P. 636. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2012.11.002
  13. Miyao M., Yoshihiro N., Tokuyama T., Mitsuishi T. // J. Appl. Phys. 1979. V. 50. P. 223. https://doi.org/10.1063/1.325703
  14. Ebiko Y., Suzuki K., Sasaki N. // IEEE Trans. Electron Devices. 2005. V. 52. P. 429. https://doi.org/10.1109/TED.2005.843870
  15. Шемухин А.А., Назаров А.В., Балакшин Ю.В., Черныш В.С. // Поверхность. Рентген., синхротор. и нейтрон. исслед. 2014. № 3. С. 56. https://doi.org/10.7868/S0207352814030214
  16. Hamilton J.J., Collart E.J.H., Colombeau B., Bersani M., Giubertoni D., Kah M., Cowern N.E.B., Kirkby K.J. // MRS Proc. 2011. V. 912. P. 0912-C01. https://doi.org/10.1557/PROC-0912-C01-10
  17. Sultan A., Banerjee S., List S., Pollack G., Hosack H. // Proc. 11th Int. Conf. on Ion Implantation Technology. Austin, TX, USA, 16–21 June, 1996. P. 25. https://doi.org/10.1109/IIT.1996.586104
  18. Абросимова Н.Д., Юнин П.А., Дроздов М.Н., Оболенский С.В. // Физика и техника полупроводников. 2022. Т. 56. С. 753. https://doi.org/10.21883/FTP.2022.08.53140.26
  19. Юнин П.А., Дроздов Ю.Н., Дроздов М.Н., Королев С.А., Лобанов Д.Н. // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47. Вып. 12. С. 1580.
  20. Юнин П.А., Дроздов Ю.Н., Новиков А.В., Юрасов Д.В. // Поверхность. рентген., синхротрон. и нейтрон. исслед. 2012. № 6. C. 36.
  21. Юнин П.А., Дроздов Ю.Н., Дроздов М.Н., Новиков А.В., Юрасов Д.В. // Поверхность. Рентген., синхротрон. и нейтрон. исслед. 2012. № 7. C. 26.
  22. Панкратов Е.Л., Гуськова О.П., Дроздов М.Н., Абросимова Н.Д., Воротынцев В.М. // Физика и техника полупроводников. 2014. Т. 48. Вып. 5. С. 631.
  23. Ziegler J.F., Ziegler M.D., Biersack J.P. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2010. V. 268. P. 1818. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2010.02.091
  24. Boberg G., Stolt L., Tove P. A., Norde H. // Phys. Scripta. 1981. V. 24. P. 405. https://doi.org/10.1088/0031-8949/24/2/012
  25. Андреев А.Н., Растегаева М.Г., Растегаев В.П., Решанов С.А. // Физика и техника полупроводников. 1998. Т. 32. С. 832.
  26. Окулич Е.В., Окулич В.И., Тетельбаум Д.И. // Физика и техника полупроводников. 2020. Т. 54. Вып. 8. С. 771.
  27. https://doi.org/10.21883/FTP.2020.08.49649.9338
  28. Revesz P., Wittmer M., Roth J., Mayer J.W. // J. Appl. Phys. 1978. V. 49. P. 5199. https://doi.org/10.1063/1.324415
  29. Cullis A.G., Seidel T.E., Meek R.L. // J. Appl. Phys. 1978. V. 49. P. 5188. https://doi.org/10.1063/1.324414

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кривая рентгеновской рефлектометрии для исходной структуры КНИ: точки – эксперимент; кривая – результат подгонки. На вставке – фрагмент кривой, на котором видны осцилляции Киссига от верхнего слоя Si. Толщина приборного слоя Si 260 нм, ширина переходных слоев 2 нм

Скачать (97KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты расчета с помощью SRIM (1, 2) и ВИМС-анализа (3, 4) в случае легирования фосфором: 1 – распределение фосфора после имплантации (1.5 × 1015/60 + 4 × 1014/15); 2 – номинальное распределение вакансий в приборном слое кремния, вызванных облучением; 3 – распределение фосфора после имплантации; 4 – распределение фосфора после отжига в режиме 2. Пунктиром отмечена граница приборного слоя Si в структуре КНИ, стрелкой показана расчетная толщина оставшегося кристаллического затравочного слоя

Скачать (91KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рентгенодифракционный анализ структуры КНИ: а – после имплантации фосфора (1 – эксперимент, 2 – подгонка); б – после отжига в режимах 1 (1) и 2 (2). Стрелкой отмечен пик, соответствующий деформированному слою Si (деформация растяжения)

Скачать (164KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Результаты расчета с помощью SRIM (1–4) и ВИМС (5) в случае легирования бором: 1 – распределение бора после имплантации (1.5 × 1015/20 + 4 × 1014 5); 2 – номинальное распределение вакансий в приборном слое кремния, вызванных облучением ионами аргона (2 × 1015/100 + 2 × 1015/30); 3 – номинальное распределение вакансий после облучения ионами аргона (6 × 1014/70 + 2 × 1014/15); 4 – номинальное распределение вакансий после облучения ионами фтора (3 × 1015/35); 5 – распределение бора после имплантации. Пунктиром показана толщина приборного слоя Si в структуре, стрелкой – уровень, при котором согласно расчету [26] наступает

Скачать (104KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Рентгенодифракционный анализ структуры КНИ: а – после имплантации бора с предаморфизацией ионами аргона (1 – эксперимент, 2 – подгонка); б – после отжига в режимах 1 (1) и 2 (2)

Скачать (152KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Рентгенодифракционный анализ структуры КНИ: а – после имплантации бора с предаморфизацией ионами фтора (1 – эксперимент, 2 – подгонка); б – после отжига в режимах 1 (1) и 2 (2), пик деформированного слоя кремния (деформация сжатия) помечен стрелкой

Скачать (170KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024