Формирование глубинных наноразмерных слоев силицидов и диэлектриков в кремнии

Abstract

Объектом исследования являются пластины кремния, содержащие глубинные слои и иные дефекты, сформированные посредством имплантации и последующего геттерирования на них примесей. Цель работы – разработка принципов формирования областей с особыми свойствами в пластинах кремния посредством имплантации водорода, гелия или аргона и последующей плазменной обработки. Основные методы исследования: резерфордовское обратное рассеяние, сканирующая электронная микроскопия, масс-спектроскопия вторичных ионов, измерение времени жизни неравновесных носителей, спектроскопия комбинационного рассеяния. В результате проведенной работы установлено, что в пластинах кремния, содержащих захороненный дефектный слой, предварительно созданный имплантацией водорода, геттерирование металлических примесей происходит не только в области проективного пробега имплантированных ионов водорода Rp, но также и на глубинах Rp/2 и Rp/4. Имплантация в пластины кремния ионов гелия с энергией 200 кэВ (Rp = 1,4 мкм) при комнатной температуре дозой 2⋅1016 см-2, последующий вакуумный отжиг при температуре 700o С в течение 2 ч , обработка в кислородной плазме постоянного разряда, приводящая к введению кислорода дозой 2⋅1017 см-2, финальный вакуумный отжиг при 900 oC позволяет формировать систему одномерных вертикальных нанотрубок. Экспериментально установлено, что помимо образования нанотрубок в объеме кремниевой пластины при определенных технологических условиях в результате последовательно выполненных имплантации гелия, отжига и обработки пластин кремния в плазме азота, на поверхности возможно формирование массива субмикронных конусообразных дефектов с нанометровым радиусом закругления острия. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния показана возможность накопления введенного из плазмы водорода на глубинном слое дефектов, созданного малыми дозами имплантации водорода ((0,1–5)⋅1015 ат/см2). Установлено, что температуры имплантации и водородно-плазменной обработки, наиболее оптимальные для получения однородных захороненных слоев с сохранением структурно-совершенной приповерхностной области, лежат в интервале 250-350 оС, что имеет важное практическое значение для создания структур «кремний-на-изоляторе».