УДК 621.382.002.
ТЕШЕВ Р. Ш., МУСТАФАЕВ А. Г.,

КАРМОКОВ А.М., МУСТАФАЕВ Г.А.
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АТОМОВ КИСЛОРОДА В СТРУКТУРАХ
КРЕМНИЙ НА-ИЗОЛЯТОРЕ ПРИ ИМПЛОНТАЦИИ И
ОТЖИГЕ
Кабардино-Балкарский, государственный университет
360004, г.Нальчик, ул. Чернышевского, 175
тел.: (8662) 771888, email: dmct@kbsu.ru
При имплантации с большой дозой верхний слой Si даже после
отжига содержит большое количество кристаллических дефектов,
ухудшающих их качество структуры для изготовления приборов [1, 2].
Можно существенно снизить плотность дефектов, если набор дозы при
имплантации кислорода проводить в несколько циклов, с промежуточ-
ными отжигами.
В областях с до стехиометрическим составом, атомы кислорода
присоединяются к свободным атомам Si без диффузионного переноса
массы, поэтому при обычных для имплантации температурах (до
600°С) не наблюдается существенных изменений распределения ато-
мов кислорода. Следовательно, диффузионными эффектами можно
пренебречь при дозах не выше критической, т.е. когда концентрация
атомов кислорода в пересчете на единицу площади соответствует сте-
хиометрическому составу для пика профиля. При дозах выше критиче-
ской атомы кислорода, попавшие в уже образовавшийся слой SiО2,
путем диффузии выходят преимущественно к верхней границе этого
слоя. Все имплантированные атомы кислорода (за исключением за-
тормозившихся вблизи поверхности) оказываются связанными в сте-
хиометрическом слое SiО2. При дозах ниже критической образование
слоя SiО2 стехиометрического состава начинается вблизи пика распре-
деления, далее этот слой растет к поверхности и вглубь.
Профили распределения атомов кислорода после имплантации и
отжига показывают, что в случае дозы 0,6 · 1018 см-2 в результате отжи-
га распределение становится более узким, с большой объемной кон-
центрацией. При максимальной дозе 1,8 · 1018 см-2 в процессе отжига
избыточные атомы кислорода диффундируют из стехиометрического
слоя SiО2 с увеличением результирующей толщины скрытого слоя.
Расчетная доза для достижения стехиометрического состава составила
1,35 · 1018 см-2
При формировании скрытых слоев SiО2 важно обеспечить ма-
лую плотность дефектов в верхнем слое Si. Для этого имплантацию
ионов кислорода выполняют в несколько этапов. При многоэтапном
наборе полной дозы имплантации, концентрация дефектов снизилась
почти на два порядка. Кроме того, многоэтапный набор полной дозы, в

отличие от имплантации за один процесс, обеспечивает смещение
верхней границы скрытого слоя SiО2 поверхности подложки. Это сме-
щение можно объяснить тем, что образующийся в процессе промежу-
точного отжига стехиометрический слой SiО2 способствует диффузи-
онному
перераспределению
избыточных
атомов
кислорода.
Зависимость плотности дефектов от дозы имплантации ионов кисло-
рода показывает, что плотность дефектов не превышает 103 см-2 при
дозах 1,2 · 1018 см-2. Исследование образцов с помощью просвечиваю-
щего электронного микроскопа показало, что однородный сплошной
слой диоксида кремния образуется при дозе 0,6 · 1018 см-2. При дозах
менее 0,2·1018 см-2 в скрытом слое наблюдаются преципитаты, умень-
шающие эффективную толщину скрытого слоя диоксида кремния, и
снижающие напряжение пробоя КНИ - структур. Имплантированные
ионы кислорода создают значительное количество вакансии и междо-
узельных дефектов, которые могут образовывать комплексы с примес-
ными атомами, что и приводит к изменению электрических свойств
КНИ - структур. Несмотря на дефекты примесного происхождения,
слой кремния поверх скрытого слоя диоксида кремния имеет хорошую
кристаллическую структуру и обеспечивает высокое качество наращи-
ваемого эпитаксиального материала.
Для определения качества эпитаксиального слоя было измерено
время жизни генерируемых носителей, по изменению емкости МДП -
структур во времени. Результаты исследования показали, что при про-
ведении имплантации за один процесс время жизни носителей оказа-
лось относительно небольшим, а скорость поверхностной рекомбина-
ции высокой, что оказывает доминирующее влияние на скорость
изменения емкости.
При многократном наборе интегральной дозы для формирова-
ния КНИ - структур, скрытый слой не влияет на изменение емкости, а
время жизни генерируемых носителей увеличивается с 22 мкс. до 120
мкс. Это свидетельствует о хорошей кристаллической структуре и ма-
лой плотности дефектов при многократном наборе дозы имплантации
ионов кислорода и отжига.

1. Buczkowaki A., Radzimani Z.J., Rozgonyi G.A. Conductivity-type con-
version in multiple-implant/multiple anneal SOI. "IEEE Trans. Electron.
Devices", 1991, 38, 1, р.р. 61 - 66.
2. El-Ghoz M.K., Pennycook S.J., Namavar F., Karam N.H. Formation of
low dislocation density silicon - on - insulator by a single implantation
and annealing. "Appl. Phys. Lett.", 1990, 57, 2, р.р. 156 - 158.



Document Outline