Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Левшунова Валерия Львовна

Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках
<
Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Левшунова Валерия Львовна. Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках : диссертация ... кандидата технических наук : 02.00.04.- Нижний Новгород, 2003.- 134 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3699-0

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Литературный обзор 6

1.1. Влияние примесей и дефектов на электрофизические и функциональные характеристики полупроводниковых структур и приборов 6

1.2. Влияние ионного облучения, ультразвуковой обработки и ионно-плазменного травления на процесс формирования и трансформацию примесно-дефектного состава кристаллов полупроводников 17

1.3. Эффект дальнодействия 27

1.4. Анализ литературных данных, обоснование работы и выбор направлений исследования 31

Глава 2. Методы исследований 34

2.1. Послойное селективное химическое травление 34

2.2. Метод измерения микротвердости 40

2.3. Метод атомно - силовой микроскопии 41

Глава 3. Изменение структурно-чувствительных характеристик кремния при ионном облучении, в том числе и через аморфный слой 47

Глава 4. Влияние ионно-плазменного травления на микродефектность и микроморфологию поверхности кремния 79

Глава 5. Влияние ультразвукового воздействия на трансформацию микродефектной структуры кремния 92

Выводы 119

Список используемой литературы 121

Введение к работе

Одной из важнейших задач полупроводниковой электроники является обеспечение высокой степени чистоты и совершенства кристаллической структуры полупроводниковых материалов, используемых для производства дискретных приборов и интегральных микросхем. Дефекты структуры и фоновые примеси оказывают решающее влияние на параметры, процент выхода годных и надежность изделий. Современная технология обеспечивает получение практически бездислокационных материалов полупроводников. Однако опыт использования таких материалов показал, что при этом резко возрастает негативная роль точечных дефектов - вакансий, примесных атомов и их кластеров.

Производство микроэлектронных устройств включает механическую, химическую, тепловую, ионную, плазменную, лазерную и другие виды обработки, каждая из которых является дефектообразующей. К числу технологических воздействий, наиболее активно влияющих на структурно- чувствительные характеристики кристаллов, относятся ионное облучение, ультразвуковая обработка, ионно-плазменное травление, низко- и высокотемпературный отжиг. Глубокое понимание физико-химических механизмов перестройки примесного-дефектного состава полупроводникового материала при каждой обработке необходимо для разработки эффективных физико - химических процессов и низкотемпературных методов удаления или подавления электрической активности фоновых примесей и протяженных дефектов. Поэтому исследование процессов изменения дефектности при перечисленных технологических воздействиях (для современной микроэлектроники) является весьма актуальной задачей.

Цель работы состояла в изучении физико-химических закономерностей трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, ионно- плазменном травлении, в том числе через слои аморфного кремния, а также ультразвуковой обработке и высоко- и низкотемпературном отжигах.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Впервые выявлены закономерности изменения микродефектной структуры и микротвердости бездислокационных кристаллов кремния после облучения ионами аргона, ионно-плазменного травления и высокотемпературного отжига как на обрабатываемой, так и на противоположной сторонах пластин.

Определено влияние радиационных и термообработок на микроморфологию и микрошероховатость поверхности кремния.

Установлено влияние пленки аморфного кремния, используемой в качестве структурно-неравновесного технологического слоя на поверхности монокристалла кремния на изменение радиационно-чувствительных параметров кристалла.

Найдены закономерности влияния инородных пленок на поверхности бездислокационных кристаллов кремния на трансформацию его микродефектной структуры при ультразвуковом воздействии.

Практическая значимость работы:

Низкотемпературные обработки кремния (ультразвуковое воздействие, осаждение слоя аморфного кремния) значительно повышают чувствительность метода селективного химического травления, что может использоваться при определении дефектности монокристаллов.

Применение ионного облучения, ультразвуковой обработки, ионно-плазменного травления, в том числе через слои аморфного кремния, а также высоко- и низкотемпературного отжига позволяет изменять микроморфологию поверхности, что может быть использовано для получения наноструктур.

Обнаруженные в работе закономерности изменения микродефектной структуры и микроморфологии поверхности кремния могут быть основой для разработки низкотемпературных технологических методов очистки полупроводников от фоновых примесей и протяженных дефектов.

Автор выражает глубокую благодарность к. ф.-м. н., доценту Скупову В.Д. за научные консультации при выполнении работы.

Автор благодарит сотрудников Научно - исследовательского физико -технического института ННГУ им. Н.И. Лобачевского Киселева А.Н., Чигиринского Ю.И., Шаргеля В.Л. и Васильева В.К. за техническую помощь при проведении экспериментов.

Влияние ионного облучения, ультразвуковой обработки и ионно-плазменного травления на процесс формирования и трансформацию примесно-дефектного состава кристаллов полупроводников

Применительно к ионной имплантации в физике взаимодействия ускоренных ионов с твердым телом наиболее распространен подход, основанный на представлении о каскадах атомных столкновений (или тепловых пиках), согласно которому для возникновения радиационных дефектов наибольшее значение имеют упругие столкновения быстрых частиц с атомами кристалла [25]. Если энергия, переданная в результате упругого столкновения от движущейся частицы атому мишени, превышает некоторое значение, то атом мишени, выбитый из узла решетки, оставляя вакансию движется через кристалл. Наименьшее значение энергии Ej, которую необходимо передать одному из атомов кристалла, чтобы он оказался в ближайшей междоузельной позиции, называют пороговой энергией. Если энергия, переданная атому быстрой частицей, меньше Ej, то смещения атома не происходит, а возникают лишь упругие волны, энергия которых переходит в энергию теплового движения атомов. Каждый атом кристалла, получивший от быстрой частицы энергию E Ej, может сместиться в междоузлие, в результате чего одновременно возникают вакансия и атом в междоузлии. При этом, если значение энергии смещенных атомов, называемых атомами отдачи, значительно превышает Ed, то эти первичные атомы отдачи могут, в свою очередь, создавать вторичные атомы отдачи, вторичные - третичные и т.д. до тех пор, пока энергия смещенных атомов не приблизится к пороговому значению Ed- Таким образом, возникает каскад атомных смещений (рисунок 1.1). Очевидно, что вдоль пути движущейся частицы возникает сильно разупорядоченная область (на рисунке 1.1 очерчена пунктирной линией). Размеры и форма этой области зависят от энергии, массы и природы бомбардирующей частицы, массы атомов мишени, ее температуры и структуры кристалла. кристалл

В литературе, опубликованной за последние 30 лет, неоднократно сообщалось о распространении как самих имплантируемых ионов, так и радиационных нарушений на глубины, значительно (на несколько порядков) превосходящие пробеги внедряемых ионов (так называемый эффект дальнодействия). Впервые эффект дальнодействия (ЭД) был обнаружен при облучении кремния ионами аргона [26]. К настоящему времени эффект наблюдался для ионов разных масс при облучении в широком интервале энергий и доз монокристаллов металлов, полупроводников и диэлектриков, в которых фиксировались изменения спектра, плотности и профилей распределения структурных дефектов, электрических и упругопластических свойств вдали от зоны торможения бомбардирующих частиц [27]. Попытки объяснить ЭД прямым диффузионно - дрейфовым проникновением точечных [28] или протяженных [29] дефектов из области пробегов ионов в ряде случаев наталкиваются на трудности, в связи с чем в последнее время все чаще стал привлекаться другой подход, заимствованный из механики сплошных сред и фиксирующий внимание на упругих или ударных волнах, возникающих при внедрении, ионов [30, 31 - 36]. В последние годы был проведен ряд работ по исследованию влияния на структурно-чувствительные параметры кремния ионного облучения через специальные структурно-неравновесные технологические слои на его поверхности. Целью работы [37] являлось изучение свойств электрически активных центров, образующихся в структурах Si-SiC 2 в результате ионной имплантации аргона в окисный слой. Исследования проводились электрофизическими и люминесцентными методами в системе электролит-диэлектрик-полупроводник при комнатной температуре [38,39]. Установлено, что ионная имплантация аргона в объем окисного слоя приводит к образованию свойств электрически активных центров вне области локализации внедренных ионов аргона. В работах [40,41] показано, что при ионном или рентгеновском облучении структур пористый - монокристаллический кремний наблюдаются более значительные изменения концентрации микродефектов и электрических характеристик, чем при аналогичном облучении монокристаллического кремния без пористого слоя. Это приводит к заметному усилению эффекта радиационного геттерирования ростовых и технологических микродефектов в подложке. Эффект геттерирования микродефектов в процессе ионной имплантации наблюдался также и в [42]. Исследовалось влияние ионного облучения на плотность ростовых и технологических микродефектов и на профиль их распределения по глубине кристаллов кремния п- и р-типа проводимости. Авторы установили, что облучение бездислокационных кристаллов кремния приводит к снижению концентрации микродефектов в областях, прилегающих к имплантированному слою. Более эффективно растворение микродефектов происходит в кристаллах, легированных бором. Показано, что этот процесс обусловлен преимущественно взаимодействием с микродефектами неравновесных вакансий, диффундирующих из зоны торможения ионов.

Очевидно, что имеющихся на сегодня экспериментальных данных не достаточно для выявления конкретных закономерностей процессов структурных превращений, протекающих при ионном облучении, в том числе на глубинах, существенно превышающих пробеги внедряемых ионов. Ультразвуковая обработка (УЗО) на ПДС кристаллов обычно исследуется при непосредственном контакте их с излучателем или концентратором звука без кавитирующей жидкой прослойки [43,23,44]. Наблюдаемые при этом изменения структуры и свойств обрабатываемых материалов связываются с высокой амплитудой УЗ-знакопеременных упругих напряжений, активирующих диффузионные процессы и неконсервативную перестройку дефектов за счет образования неравновесных СТД и значительного разогрева образцов, поглощающих звуковую энергию. Ситуация в случае УЗО отличается от прямого ультразвукового воздействия, во-первых, меньшей амплитудой первичного звукового поля в жидкости, создаваемого УЗ-источниками в промышленных установках, применяемых в полупроводниковой технологии, а во-вторых, практически комнатной температурой очищаемых кристаллов во время обработки. Безусловно, полностью игнорировать роль первичных УЗ-волн в структурных превращениях при УЗО нельзя, поскольку из-за более высокого волнового сопротивления твердых тел по сравнению с жидкостью коэффициент прохождения УВ по давлению оказывается выше, но не более, чем на порядок величины. Поэтому звуковое давление при обработках в жидкостях с плотностью, близкой к плотности воды, в промышленных ультразвуковых установках не превышает 1МПа при амплитуде смещения среды в центре УЗ-излучателей 3+5 мкм [45]. Волны с такой амплитудой хотя и способны вызвать структурные изменения в кристаллах, но для этого необходимы большие длительности обработки и высокая концентрация исходных дефектов, при которой они находятся в сильно неравновесном состоянии и претерпевают естественную релаксационную перестройку [46, 47].

Анализ литературных данных, обоснование работы и выбор направлений исследования

Примесно-дефектный состав активных областей приборных композиций оказывает решающее влияние на параметры, процент выхода годных и надежность изделий, обусловливая деградацию их характеристик или внезапные отказы. Трансформацию исходного (ростового) ПДС инициируют внутренние и внешние факторы. Внутренние факторы включают в себя, прежде всего, специфические особенности ПДС, сохранившиеся после предыдущей технологической операции перед проведением данной: спектр и концентрация компонентов ПДС, профили их пространственного распределения по объему структуры, зарядовое состояние, временная стабильность и химическая активность дефектов. Внешние факторы - это технологические воздействия, с которыми связаны повышенные температуры и градиенты температур, конечные скорости нагрева и охлаждения структур, вариации внешнего давления, химическая активность технологических сред, загрязнение неконтролируемыми примесями из технологических жидкостей, газовой атмосферы или оснастки. К числу технологических воздействий, наиболее активно влияющих на структурно-чувствительные характеристики кристаллов относятся ионное облучение, ионно-плазменное травление и ультразвуковая обработка.

Анализ описанных в литературе теоретических и экспериментальных данных показал, что на сегодня не существует единой картины механизмов трансформации чувствительных к радиационным воздействиям характеристик полупроводниковых материалов: микродефектности, микротвердости, микроморфологии поверхности. Результаты отдельных работ не дают целостного представления о закономерностях изменений исходного ПДС кристаллов при различных обработках, а порой и противоречат друг другу. В настоящее время теоретически и экспериментально показано, что при ионном облучении и ионно-плазменной обработке изменение структурно-чувствительных характеристик кремния происходит, в том числе, и на глубинах, существенно превышающих свободный пробег внедряемых ионов. Вместе с тем это явление до сих пор остается мало изученным и является предметом острых дискуссий. Одной из основных причин неоднозначного отношения исследователей к эффекту является недостаточный объем прямых экспериментальных доказательств структурных превращений в облучаемых кристаллах за пределами зоны торможения ионов. Существует ряд работ, показывающих принципиальную возможность низкотемпературного геттерирования методом ионного облучения и ионно-плазменной обработки через специально созданные на поверхности кремния технологические слои, которые удаляются после геттерирования. Однако, для разработки оптимальных технологических режимов этого процесса необходима детальная картина трансформации исходного ПДС кристаллов полупроводников при данных технологических воздействиях. На сегодня доказано, что с помощью ультразвуковой обработки можно активно и целенаправленно изменять микродефектную структуру кристаллов кремния, причем этому процессу предшествует перестройка компонентов примесно-дефектных атмосфер, окружающих микродефекты. Однако до сих пор не проводились исследования закономерностей влияния защитных покрытий различной природы на поверхность исследуемого (контролируемого) кристалла при УЗО. Между тем, знание таких закономерностей позволит разделить эффекты "истинного" растворения атмосфер под действием упругих волн и возможного дефектообразования в кристаллах при воздействии УВ, образующихся при кавитации рабочей жидкости. С другой стороны, результаты таких исследований могут быть использованы и для повышения эффективности метода селективного травления в случае, если защитные покрытия в виде пластин-спутников усиливают растворение атмосфер.

Такое состояние теории и практики вопроса влияния ионного облучения, ультразвукового воздействия, ионно-плазменного травления на механизмы трансформации структурно-чувствительных характеристик полупроводниковых материалов явилось основанием для проведения данной работы, в которой решаются следующие задачи: 1. Выявление физико-химических закономерностей изменения микродефектной структуры и микротвердости бездислокационных кристаллов кремния после облучения ионами аргона, ионно-плазменного травления и высокотемпературного отжига как на обрабатываемой, так и на противоположной сторонах пластин. 2. Изучение влияния радиационных и термообработок на микроморфологию и микрошероховатость поверхности кремния. 3. Исследование влияния пленки аморфного кремния, используемой в качестве структурно-неравновесного технологического слоя на поверхности монокристалла кремния на изменение радиационно-чувствительных параметров материала. 4. Определение влияния инородных пленок на поверхности бездислокационных кристаллов кремния на трансформацию его микродефектной структуры при ультразвуковом воздействии.

Метод селективного химического травления (СХТ) - наиболее простой и вместе с тем достаточно информативный метод исследования реальной структуры моно- и поликристаллических твердых тел. Образование ямок травления (ЯТ) на структурных нарушениях зависит от соотношения скоростей растворения кристалла вблизи дефекта Vq и на ненарушенном участке поверхности Vn. Если Vq Vn, то возникают хорошо очерченные ЯТ, глубина и диаметр которых возрастают с увеличением времени травления [67]. Форма ямок, как правило, соответствует симметрии исследуемой кристаллографической плоскости. ЯТ на выходах дислокаций удается выявить только на плоскостях с малыми индексами, у которых скорость растворения по поверхности мала, что обусловливает большие значения отношения Vq /Vn. Рассмотрим подробнее механизм растворения кристаллов. Любую часть поверхности кристалла (за исключением атомно гладкой плоскости с малыми индексами и высокой ретикулярной плотностью) можно представить как последовательность ступеней атомной высоты. Процессы, происходящие при растворении кристалла, обратны процессам роста, поэтому их так же, как и процессы роста, удобно описывать с помощью схемы, содержащей зарождение и перемещение моноатомных ступеней. Ступени зарождаются там, где нарушена регулярность в расположении атомов на поверхности - на ребрах кристалла, границах зерен, макроскопических дефектах поверхности- трещинах, порах и т. д., на выходах дислокаций и конгломератов точечных дефектов на поверхность. Растворение кристалла инициируется существованием разности химического потенциала атома в кристалле и вне его Ди. и начинается при определенном значении этой разности AJLIQ . Вероятность зарождения центров

Метод атомно - силовой микроскопии

Метод атомно-силовой микроскопии (АСМ) основан на использовании механического зонда для получения изображения поверхности. В конструкцию микроскопа (рисунок 2.3) входит зонд 1, представляющий собой пирамидку из нитрида кремния с размерами несколько микрон (радиус закругления кончика такой пирамидки составляет 50 нм), закрепленный на упругой пружине - кантилевере 2. Зонд движется на расстоянии 1 нм над поверхностью образца как бы "ощупывая" ее [84]. Главной частью микроскопа является сенсор с высоким пространственным разрешением. Принцип действия силового сенсора основан на использовании сил атомных связей, действующих между атомами вещества. Аналогичные силы действуют между любыми сближающимися телами. В атомно-силовом микроскопе такими телами служат исследуемая поверхность и скользящее над ней острие. В общем виде зависимость силы межатомного воздействия F от расстояния между атомами R имеет вид: Константы а и Ъ и показатели степени тип зависят от сорта атомов и типа химических связей. При приближении зонда к образцу он сначала притягивается благодаря наличию притягивающих сил (силы Ван-дер-Ваальса, т=1). При дальнейшем приближении зонда к образцу электронные оболочки атомов на конце иглы и атомов на поверхности образца начинают перекрываться, что приводит к появления отталкивающей силы. При дальнейшем увеличении расстояния доминирует кулоновская сила отталкивания ядер, так что п « 2. Существует два основных режима АСМ, отличающихся использованием различных видов взаимодействия между зондом и образцом и систем удержания зонда в обратной связи. Выбор соответствующего способа зависит от типа образца, загрязнения поверхности и среды, в которой происходит сканирование. АСМ-моды подразделяются на "контактную" (Contact Mode) и "неконтактную" (Non-Contact Mode) в зависимости от знака силы между зондом и образцом. В контактном режиме работы взаимодействие образца осуществляется в области сил отталкивания.

В этом случае кантилевер выгнут по направлению к образцу. Измерение силы, действующей между поверхностью и острием, осуществляется по отклонению кантилевера от положения равновесия. Атомно-силовой сенсор представляет собой механический зонд, чувствительность которого столь высока, сто позволяет регистрировать силы взаимодействия между отдельными атомами. неконтактном режиме работы взаимодействие зонда и образца осуществляется в области сил притяжения (рисунок 2.4). В этом случае кантилевер выгнут по направлению к образцу. Приближение зонда к поверхности образца приводит к возникновению силы взаимодействия между ними, что эквивалентно увеличению массы зонда. Это приводит к смещению амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) колебаний кантилевера влево по сравнению с АЧХ, измеренной вдали от поверхности. Так как частота вынужденных колебаний кантилевера поддерживается постоянной и равной со (обычно составляет 100 кГц, амплитуда колебаний нескольких десятков ангстрем) в свободном состоянии, то при приближении зонда к поверхности амплитуда колебаний свободного конца кантилевера уменьшается. Эта амплитуда колебаний регистрируется с помощью оптической системы и может быть определена по относительному изменению переменной освещенности верхней и нижней половинок фотодетектора.

Далее с помощью синхронного детектора выделяется постоянный сигнал, согласованный с синхросигналом от генератора напряжений (рисунок 2.5). Компаратор 8 сравнивает текущий сигнал в цепи сенсора с изначально заданным Vs (характеризует уровень силы, на котором зонд удерживается от поверхности образца) и, при его отклонении, вырабатывает корректирующий сигнал Vjb- Взаимодействие зонда с образцом поддерживается постоянным за счет приближения и отвода зонда от поверхности системой обратной связи 9. Обратная связь отрабатывает изменение положения зонд, управляя пьезоприводом таким образом, чтобы сила между зондом и образцом была постоянной (режим постоянной силы). Сигнал о высоте z в каждой точке изображения (х,у) берется из канала Z-пьезопривода. Поскольку в Non Contact Mode нет физического контакта с образцом, сила между зондом и образцом очень мала, и обычно составляет 1СН-12 нН. Этот режим идеален для сканирования с высоким разрешением мягких и "липких" образцов (полимеров) [85] или слишком твердых образцов, т.к. контакт с твердой поверхностью может привести к затуплению зонда, что скажется на поперечном разрешении.

Этот режим позволяет сканировать материалы, обнаруживающие сильную притягивающую силу к зонду, например - кремний. Снимки сделанные ACM Topometrix - 2100 Acurex в неконтактном режиме обрабатываются на ЭВМ. Для этого используется пакет SPM Lab Analysis фирмы Thermo microscopes - Topometrix Inc., который позволяет получить микротопограммы и гистограммы распределения латеральных размеров микронеоднородностей рельефа поверхности, а также определить следующие величины: 1. Средняя шероховатость 2. Максимальная высота над средним уровнем 3. Максимальный перепад высот

Влияние ионно-плазменного травления на микродефектность и микроморфологию поверхности кремния

Пластины бездислокационного кремния марки КЭФ-15 (111) толщиной 510 мкм подвергались ионно-плазменному травлению (ИПТ) в атмосфере (Аг+) со скоростью 0,03 нм/мин на установке ВУП-4К (Е=50 эВ, j=3,7T019 ион/см -с, давление аргона и остаточного кислорода поддерживалось равным 1,5- 2-10"4 Па). ИПТ осуществлялось в течение 40 мин и 90 мин. Исходные подложки готовились с финишным химико-динамическим полированием рабочей стороны и химико-механическим полированием нерабочей стороны. Перед ИПТ на часть поверхности исходных образцов методом электронно-лучевого испарения на вакуумной установке типа ВУ-1А осаждался слой аморфного кремния толщиной d\= 0,215 мкм и d2=0,715 мкм при температуре подложки 423 К. Испарение осуществлялось прямым разогревом навески кремния марки КДБ-40. Для определения влияния повышенной температуры во время осаждения a-S i на структуру монокристаллической подложки, часть исходных образцов отжигалась при температуре 423 К в вакууме в течение 1 часа (время нанесения аморфного слоя толщиной 0,715 мкм). Результаты послойного определения плотности микродефектов монокристаллов кремния после различных обработок представлены в таблице 4.1 [126]. Профили распределения плотности микродефектов по глубине монокристаллов кремния, снятые по картинам СХТ представлены на рисунках 4.1-4.5. Рисунок 4.1. Зависимость плотности микродефектов от глубины СХТ (рабочая сторона) кристаллов кремния в исходном состоянии (1), после отжига при 423 К (2), после ИПТ (40 мин) (3), после ИПТ (90 мин) (4). lgNd Рисунок 4.2.

Зависимость плотности микродефектов от глубины СХТ (рабочая сторона) кристаллов кремния в исходном состоянии (1), после РШТ (40 мин) через слой я-Si (0,215 мкм) (2), после ИПТ (90 мин) через слой a-Si (0,215 мкм) (3), после ИПТ (40 мин) через слой a-Si (0,715 мкм) (4), после ИПТ (90 мин) через слой a-Si (0,715 мкм) (5). Из представленных данных видно, что после ионно-плазменной обработки в приповерхностной области монокристаллического кремния концентрация выявляемых микродефектов увеличивается пропорционально дозе облучения (рисунок 4.1, кривые 3 и 4). Очевидно, при ИПТ, так же как при ИО, происходит частичное растворение примесно-дефектных атмосфер, окружающих кластеры микродефектов, вследствие чего повышается чувствительность селективного химического травления. Процесс растворения дефектов и примесей, входящих в состав атмосфер, вероятно, реализуется по вакансионному механизму: в приповерхностной области в пределах зоны повышенной концентрации вакансий дефекты и атомы примесей ускоренно диффундируют к нарушенному слою и захватываются им [51]. Примеси накапливаются в нарушенном слое и удаляются с ним в процессе ИПТ. В отличие от ИО через слой аморфного кремния при ионно-плазменной обработке через a-Si наблюдается снижение концентрации выявляемых микродефектов по сравнению с ИПТ свободной поверхности кремния (рисунок 4.5). Это принципиальное различие связано с тем, что в процессе ИПТ происходит одновременное травление и удаление нарушенного слоя. Этот процесс происходит в аморфной пленке, поток вакансий, генерируемых при таком воздействии, недостаточен, чтобы затронуть даже поверхностные слои монокристалла кремния. Упругие волны вызывают лишь частичное растворение примесно-дефектных атмосфер, приводя к увеличению концентрации микродефектов, по сравнению с исходным образцом. Наиболее слабое изменение микродефектности происходит при ИПТ через пленку большей толщины (рисунок 4.5, кривые 5 и 6). Рисунок 4.3. Зависимость плотности микродефектов от глубины СХТ (нерабочая сторона) кристаллов кремния в исходном состоянии (1), после отжига при 423 К (2), после ИПТ (40 мин) (3), после ИПТ (90 мин) (4). Рисунок 4.4.

Зависимость плотности микродефектов от глубины СХТ (нерабочая сторона) кристаллов кремния в исходном состоянии (1), после ИПТ (40 мин) через слой a-Si (0,215 мкм) (2), после ИПТ (90 мин) через слой a-Si (0,215 мкм) (3), после ИПТ (40 мин) через слой a-Si (0,715 мкм) (4), после ИПТ (90 мин) через слой a-Si (0,715 мкм) (5). Рисунок 4.5. Профиль относительного изменения плотности микродефектов по глубине кристаллов кремния после ИПТ (40 мин) (1), после ИПТ (40 мин) через слой a-Si (0,215 мкм) (2), после ИПТ (40 мин) через слой a-Si (0,715 мкм) (3). Рабочая сторона.

Похожие диссертации на Физико-химические закономерности трансформации микродефектов в кремнии при ионном облучении, воздействии ультразвуком и термообработках