Отрицательный Отжиг В Кремнии При Высоковольтной Имплантации Натрия

Abstract

Имплантация натрия (300 кэВ) проводилась в высокоомный p-Si. Отжиг дефектов при Tann = 350−450• C и связанная с ним активация атомов, проходящая на " хвосте" их распределения, описывается реакцией первого порядка. При Tann = 450−525• C независимо от дозы наблюдается отрицательный отжиг, сопровождаемый значительным ростом поверхностного сопротивления ρs . По оценкам энергия активации этого процесса составляет ∼ 2 эВ. По мнению авторов, отжиг связан с преципитацией донорных атомов натрия, проходящей на глубине, в 2−3 раза большей пробега R p. Отжиг дефектов при Tann = 525−700• C, приводящий к дальнейшему уменьшению ρs , имеет энергию активации ∼ 2.1 эВ. Проверялась гипотеза образования " хвоста" в измеренных вторичной ионной масс-спектрометрией (secondary ion mass spectroscopy, SIMS) профилях атомов натрия, состоящая в диффузии их со стенок кратера к его центру. Показано, что данный процесс не реализуется, поскольку измеренные при комнатной температуре и при −140• C профили атомов натрия не различаются. ВведениеПри ионной имплантации в кремний традиционных примесей наблюдается отрицательный отжиг, который характеризуется уменьшением слоевой проводимости с ростом температуры отжига, точнее, уменьшением поверхностной концентрации электрически активных атомов [1]. Этот процесс подробно изучен для имплан-тированного бора, атомы которого под действием пото-ка межузельных атомов кремния, освободившихся при распаде кластерных дефектов " end-of-range", переходят из узлов решетки в междоузлия и теряют при этом свою электрическую активность. Для имплантированно-го фосфора подобное явление также наблюдается [1] и, возможно, по той же причине, что и для бора [2], однако прямые эксперименты по определению их ме-стоположения отсутствуют. Отрицательный отжиг для указанных примесей наблюдается при дозе, достаточной для аморфизации или близкой к ней.Недавно [3] при изучении изохронного отжига крем-ния, легированного высоковольтной имплантацией на-трия (E = 300 кэВ, = 5 · 10 14 и 3 · 10 15 см −2 ), наблю-дался рост поверхностного сопротивления ρ s в интер-вале температур T ann = 450−550• C, который, однако, остался без комментариев авторов. Вряд ли он обуслов-лен случайным выбросом экспериментальных точек, поскольку рост ρ s наблюдался во всех исследованных образцах (2−3 образца на каждую ионную дозу). С уче-том необычного характера поведения примеси натрия в кремнии [4] задача настоящей работы состояла в подробном изучении данного явления. По мнению авто-ров, природа отрицательного отжига связана с потерей донорных атомов натрия в результате взаимодействия их с межузельными атомами кремния и последующей преципитацией на глубинах, в 2−3 раза превышающих пробег R p . Методика экспериментаВ работе использовался тот же слиток, что и в работе [3]: выращен методом зонной плавки (Fz -Si) вдоль оси 111 , легирующая примесь -бор, удель-ное сопротивление ρ = 2−3 кОм · см. Ионы натрия имплантировали при энергии E = 300 кэВ и дозе = 6 · 10 13 −3 · 10 15 см −2. Для уменьшения каналирова-ния нормаль к поверхности образцов отклонялась на угол 7...