СКОПЛЕНИЯ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ Ni В Si
Тургунов Н.А.
1
, Беркинов Э.Х.
1
, Акбаров Ш.К
2
, Мамажонова Д.Х.
3
,
1
Научно-исследовательский институт физики полупроводников и микроэлектроники
при ННУз, г. Ташкент,
2
Андижанский государственный университет
3
Национальный университет Узбекистана
Развитие полупроводниковой микро- и наноэлектроники в мировом уровне
стимулируют исследования в области разработки новых или совершенствования
наиболее массово применяемых в производстве полупроводниковых материалов для
расширения их функциональных возможностей электронных изделий, изготовленных
на их основе. Интенсивные исследования по легированию полупроводников такими
способами, как диффузионное, при выращивании, ионная имплантация и радиационное
легирование показали, что обычное диффузионное легирование все ещё остается одним
из основных способов формирования физико-химических свойств материалов, с
заранее заданными свойствами [1-4].
При получении полупроводниковых материалов с заранее заданными
параметрами необходимо учитывать все стадии технологической обработки образцов.
Условия, создаваемые при легировании различными примесями, являются одним из
основных факторов, влияющих на последующие процессы образования дефектных
структур в объеме монокристаллов кремния. Как известно, диффузионные параметры
играют решающую роль во внедрении и расположении атомов примеси в
кристаллической структуре. Поэтому определение оптимальных параметров диффузии
имеет наиболее важное значение в производстве полупроводниковых приборов. В
связи с этим настоящая работа посвящена исследованиям влияний диффузионных
параметров на общую растворимость и концентрацию электрически активных атомов
никеля в монокристаллах кремния. Также были изучены структурные строения
микровключений примесных атомов никеля в кремнии.
В проведенных исследованиях для определения полной концентрации
примесных атомов Ni в Si использовался метод радиоактивного анализа. В качестве
легирующего элемента был применен радиоактивный изотоп Ni
63
раствора NaCl,
Техник ва технологик фанлар со
ҳ
аларининг инновацион масалалари. ТДТУ ТФ 2020
263
который электролитическим способом наносился на поверхность образцов. Далее при
температурах 1373-1523 К образцы отжигались в течение от 20 минут до 8 часов в
эвакуированных и наполненных аргоном кварцевых ампулах, с последующей закалкой.
Методом снятия слоев образцов и их радиоактивного анализа определялась
концентрация Ni в Si.
После диффузионного отжига образцы закаливались сбрасыванием ампул в
воду. В этом случае скорость охлаждения (
охл
) образцов достигала
охл
~200 К/с.
Увеличение скорости охлаждения достигалось отжигом образцов в открытых
пробирках и закалкой сбрасыванием их в воду через тонкий слой масла, которое,
образуя на поверхности образца пленку, защищало образец от растрескивания. Для
получения более медленных скоростей охлаждения, ампулы охлаждались на воздухе
или вместе с отключенной печью. Структурные исследования проводили методом
электронно-зондового микроанализа с помощью установки Superprobe JXA-8800R,
предназначенной для локального определения состава образцов.
Изучения зависимости растворимости никеля в кремнии от значения
температуры диффузии, при длительности диффузионного отжига в течении 2 часов
показали, что при температуры диффузии Т=1373 К, концентрация атомов никеля
составляло 2
10
16
см
-3
. При дальнейшем увеличении значения температуры
диффузионного отжига наблюдается рост значения концентрации легирующих атомов
никеля и при Т=1523 К концентрация атомов никеля возрастает почти на один порядок
и составляет ~2
10
17
см
-3
. Дальнейшее увеличение времени отжига не приводит к
заметному изменению концентрации атомов Ni и эта величина концентрации
принималась за величину растворимости при данной температуре.
Следующим важным фактором диффузии примесей в кремнии является
длительность диффузионного отжига. В процессе диффузии никеля в кремнии были
исследованы влияние длительности отжига на концентрацию введенных в кремний
электрически активных атомов примеси. При температуре диффузии 1523 К,
концентрация электрически активных атомов Ni
в Si достигает свое максимальное
значение в течение двух часов. В данном интервале времени отжига наблюдается рост
значения концентрации электрически активных атомов никеля от 3
10
13
см
-3
до 2
10
14
см
-3
. Дальнейшее увеличение времени отжига приводит к уменьшению этого значения
и при t=8 час она составляет ~8
10
13
см
-3
. Энергетические уровни примесных центров,
определенные в образцах Si, отожженных при условиях максимальной концентрации
электроактивных атомов (2
10
14
см
-3
) составляют для Ni: Е
v
+0,2 эВ и Е
с
-0,41 эВ. Эти
значения энергетических уровней и их концентрации наиболее стабильны для
множества образцов и при повторном отжиге.
Результаты анализов морфологии примесных микровключений никеля в
кремнии показали, что в процессе диффузионного легирования в объеме образцов
образуются примесные микровключения с различными размерами и геометрическими
формами. На снимке полученной с помощью микроанализатора четко выделяется
граница раздела микровключение-матричный кристалл, а также ярко выделяются
границы между слоями микровключения никеля (рис. 1). В экспериментальных
результатах
наблюдается
определенная
зависимость
формы
и
размеров
микровключений от скорости охлаждения образцов после диффузионного отжига.
Мелкие микровключения, размеры которых достигают до 10
-6
м, имеют иглообразные,
дискообразные, линзообразные и сложные многогранные формы. А более крупные
микровключения, с размерами более 10
-6
м, в основном, имеют линзообразные и
сферические формы.
Рис. 1. Снимок примесного микровклю-чения
никеля в кремнии, полученный с помощью
микроанализатора Superprobe JXA-8800R.
Таким образом, в ходе экспериментальных
Техник ва технологик фанлар со
ҳ
аларининг инновацион масалалари. ТДТУ ТФ 2020
264
исследований были определены необходимые температуры диффузии и длительности
диффузионного отжига для введения заданного количества электроактивных атомов
исследуемой примеси. Выявлено, что общая растворимость никеля в кремнии не
зависит от исходных параметров кремния. Согласно полученным данным установлено,
что основная часть примесных атомов Ni в Si находятся в электрически нейтральных
состояниях в виде микровключений.
Do'stlaringiz bilan baham: |