Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ФІЗИКИ

УДК 621.315.592.

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико- математичних наук

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ УТВОРЕННЯ ТА ВІДПАЛУ ТЕРМОДЕФЕКТІВ В КРЕМНІЇ

01.04.07- фізика твердого тіла

ПУЗЕНКО ОЛЕНА ОЛЕКСАНДРІВНА

Київ -1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі фізики радіаційних процесів Інституту фізики НАН України.

Науковий керівник:

Крайчинський Анатолій Миколайович, доктор фізико-математичних наук, Інститут фізики НАН України, в.о. завідувача відділом.

Офіційні опоненти:

Бабич Вілік Максимович, доктор фізико-математичних наук, професор, Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділом.

Данильченко Борис Олександрович, доктор фізико-математичних наук, професор, Інститут фізики НАН України, провідний науковий співробітник.

Провідна установа: Київський національний університет ім. Т.Г. Шевченка, радіофізичний факультет, кафедра напівпровідникової електроніки.

Захист відбудеться "25" листопада 1999 р. о 16 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.159.01 в Інституті фізики НАН України за адресою: 252028, Київ - 28, пр. Науки, № 46.

Автореферат розісланий "25" жовтня 1999 р.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту фізики.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Іщук В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Основним матеріалом сучасної напівпровідникової мікроелектроніки є кремній. Виробництво практично усіх кремнієвих приладів та інтегральних схем тим або іншим чином пов'язане з термічною обробкою. Тому, досить важливо встановити, які зміни відбуваються в Si в процесі термічного впливу, так як прогрівання кремнію (навіть короткочасне і при порівняно невисоких температурах) може суттєво змінити його електричні параметри, створити нові структурні дефекти та призвести до перебудови тих, що вже існують у вихідному матеріалі. Для кремнію, вирощеного методом Чохральського, ця проблема має особливе значення в зв'язку з преципітацією основної фонової домішки - кисню. Перевищуючи в більшості практично важливих випадках за концентрацією всі інші домішки, саме кисень визначає зміну властивостей Si в процесі термообробок (ТО) та під опроміненням. Це зв'язано з тим, що атоми кисню, електрично нейтральні у вихідному стані, входять до складу основних термо- та радіаційних дефектів Si (термодонорів, А-центрів).

Крім того, при вирощуванні кристалів методом Чохральського існує цілий ряд причин, що приводять до появи мікроскопічних флуктуацій домішки кисню (МФК) в їх об'ємі. Існування таких мікроскопічних неоднорідностей небажане, особливо коли МФК стають співрозмірними з розмірами елементів мікросхем. Неоднорідності просторової локалізації кисню в кремнії з розмірами менше 10 мкм (довжина хвилі оптичного поглинання атомами кисню в Si) є недоступними для дослідження традиційними прямими методами. Проте МФК відіграють суттєву роль в процесах утворення, знищення та деяких властивостях кисневмісних термо- та радіаційних дефектів. Цим зумовлено практичний інтерес дослідити залежність темпу їх генерації, дисоціації або перебудови від просторового розподілу та фазового стану кисню, наявності інших домішок, власних структурних та радіаційних дефектів. Особливістю даної роботи є спроба отримати нову інформацію про природу та властивості термодефектів в Si з аналізу впливу попередньої термообробки та опромінення саме на кінетику утворення кисневих дефектів, еволюцію їх властивостей в ході накопичення і знищення. Це і передумовило мету та конкретні напрямки її реалізації в дисертаційній роботі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Дисертаційні дослідження зв'язані з наступними темами науково-дослідної роботи відділу фізики радіаційних процесів Інституту НАН України: "Дослідження фізичних властивостей радіаційних та термічних дефектів в об'ємі і на поверхні неметалевих кристалів перспективної мікро- та оптоелектроніки", "Дослідження процесів взаємодії радіаційних, технологічних і термічних дефектів в кремнії, германії, сумішах Si-Ge та в мікроелектронних приладах на їх основі".

Мета роботи - отримати нову інформацію про природу та властивості кисневих термодефектів, визначити можливі засоби підвищення термостабільності кремнієвих матеріалів для твердотільної електроніки.

Основні наукові завдання досліджень.

1. Дослідження впливу попередньої термообробки на кінетику генерації та відпалу кисневих термодонорів в монокристалічному Si.

2.Дослідження кінетики накопичення електрично активних термодефектів при різних температурах. Визначення характеристик термодефектів, що утворюються при температурі мінімуму темпу генерації термодонорів.

3. Порівняльне дослідження кінетики розпаду твердого розчину домішки кисню та зміни внутрішніх пружних напружень (ВПН) гратки Si з тривалістю високотемпературної термообробки.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше експериментально виявлено збільшення частотного фактору та енергії активації відпалу Е_а в зразках, що пройшли попередню високотемпературну термообробку. Запропоновано інтерпретацію цього ефекту, проведено оцінку лінійних розмірів мікрофлуктуацій домішки кисню на основі аналізу кінетики накопичення та відпалу ТД-1.

2. Вперше виявлена перебудова термодонорів в Si в процесі відпалу при 530 ⁰С, а також аномально низький переріз захоплення електронів ними. Запропоновано пояснення цього факту та нечутливості до дії іонізуючої радіації, яке ґрунтується на врахуванні електростатичного екранування взаємодії скупчень термодонорів з рухомими зарядами.

3.Досліджено вплив термообробки при 1050⁰ С на внутрішні пружні напруження в гратці Si. Вперше встановлено кількісний взаємозв'язок між зміною ВПН та розмірами частинок SiO₂ -фази.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані в дисертаційній роботі експериментальні результати необхідні для розробки промислового способу контролювання неоднорідностей (з розмірами 0.1-10 мікрон) розподілу домішки кисню, які не виявляються традиційними методами вхідного контролю. Кінцевим результатом впровадження таких технологій буде значне зменшення браку в виробництві приладів мікроелектроніки, поліпшення стабільності їх роботи та швидкодії.

Особистий внесок здобувача в одержання наукових даних, викладених у дисертації, полягає в виконанні експериментальних досліджень, їх обробці та участі в теоретичному аналізі. В роботах, виконаних разом із співавторами і включених до дисертації, автор визначив зміну параметрів відпалу кисневих термодонорів, взяв участь в розробці математичної моделі процесу відпалу термодонорів в попередньо термооброблених зразках, яка дозволяє пояснити виявлену зміну [3]. Сформулював механізм аномально малої ефективності взаємодії ТД-530 з вільними носіями [1, 4-7], встановив кількісний зв'язок між зростанням внутрішніх пружних напружень гратки кремнію та розмірами частинок SiO₂- фази [2]. Висновки і положення сформульовані автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на: 16-th General Conference of the Condensed Matter Division European Physical Society, Leuven, 25-28 August 1997; міждержавній конференції з фізики радіаційних явищ та радіаційному матеріалознавству, 3-10 вересня 1998р. в м. Алушта; конференції High purity silicon V (The Electrochemical Society, Inc. 10 South Main Street Pennington, New Jersey, USA); міжнародній школі-конференції в м. Трускавці, 24-29 червня 1999р.; 8-th International conference of Gettering And Defect Engineering in Semiconductor Technology GADEST'99, Hoor, Sweden, 25-28 September, 1999.

Публікації. Основний зміст роботи є узагальненням наукового доробку автора, результати якого опубліковані у 6 статтях і тезах доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, заключної частини та списку використаної літератури. Основний зміст роботи викладено на 106 сторінках друкованого тексту, ілюстрованого 20 рисунками та 4 таблицями. Список літератури містить 137 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність виконаного дослідження, конкретизовані його основні наукові завдання, викладені наукова новизна та практична значимість отриманих результатів. Відзначено особистий внесок здобувача.

В першому розділі представлено огляд основних літературних даних про фазовий стан домішки кисню в Si, особливості розпаду пересиченого твердого розчину О_і, розглянуто основні існуючі моделі термодонорів, а також особливості поведінки термодонорів, пов'язані з неоднорідністю просторового розподілу кисню. На основі аналізу цих даних показано зв'язок кінетики накопичення та відпалу кисневмісних дефектів з домішково-дефектним станом кристалу. Особливу увагу приділено ролі мікронеоднорідного розподілу домішки кисню та кисневмісних дефектів. На цій основі сформульована постановка задачі дослідження: з аналізу кінетики генерації та відпалу кисневмісних термодефектів отримати додаткову інформацію про ступінь неоднорідності їх розподілу, про вплив такої неоднорідності на властивості термодефектів та на поведінку параметрів Si при термообробках.

Конкретні експериментальні задачі, які заплановано розв'язати були наступними:

1. Дослідити вплив термічної передісторії на кінетику накопичення та відпалу ТД-1.

2. Дослідити особливості кінетики накопичення та зміни енергетичних характеристик термодефектів, які виникають в Si при термообробці в проміжному інтервалі температур між ТД-1 та ТД-2.

3. Дослідити кінетику розпаду твердого розчину О_і та зміни внутрішніх пружних напружень в гратці Si в ході преципітації кисню при 1050 ⁰С.

В другому розділі описано основні експериментальні методики, що застосовувались в даній роботі (термообробки та опромінення кристалів кремнію, виміри ефекту Холла, питомого електроопору, ІЧ- поглинання, DLTS). Викладено методики обробки експериментальних даних.

В третьому розділі представлено результати досліджень впливу попередньої термообробки при 800 ⁰С (ПТО-800) на кінетику генерації та відпалу кисневих термодонорів, що утворюються в Si при 450 ⁰С.

Ефективність утворення кисневмісних термодонорів (ТД) в області 450 ⁰С суттєво залежить від попередньої термообробки (ПТО) кристалів кремнію [1]. Однією з причин цього може бути розчинення в ході ПТО деяких зародків ТД, які завжди є у вихідному кристалі. Наприклад, зародками термодонорних комплексів SiO_m можуть бути попередні до них комплекси SiO_m-1 [2]. Проблема полягає в тому, що при 450 ⁰С для утворення комплексів навіть з m=2 потрібен коефіцієнт дифузії кисню (D_О) в Si на декілька порядків вищий за реальний. Тим більше важко пояснити існування мікроскупчень ТД, що спостерігаються в багатьох роботах [3, 4]. Можливим поясненням може бути припущення про існування у вихідному Si мікрофлуктуацій концентрації домішки кисню (МФК), в яких локальна концентрація атомів кисню значно вища за інтегральну. Тому атоми кисню вже у вихідному стані можуть знаходитись достатньо близько щоб встигнути утворити комплекси. Таким чином МФК також можна асоціювати з поняттям зародків для ТД. Встановлення дійсної природи зародків принципово важливо для розробки засобів підвищення термостабільності Si. Мета роботи, результати якої подано в третьому розділі, полягала саме в визначенні який з цих двох типів зародків більше відповідає дійсності. Вплив МФК на кінетику накопичення і відпалу ТД після попередньої термообробки може істотно відрізнятися від впливу зародків у вигляді преципітатів SiO_m-1.

Нами досліджувався вплив попередньої високотемпературної термообробки Si на кінетику генерації ТД, адже відомо, що така ТО уповільнює процеси утворення термодонорів [5]. Основною причиною такого впливу термообробки вважається зменшення кількості зародків майбутніх термодонорних комплексів у формі SiO_m-1. [6]. При дослідженні використовувались зразки, вирізані з одного монокристалу бездислокаційного Si без будь-яких термообробок після вирощування. Вимірювання питомого електроопору виконувалися 4-х зондовим методом при кімнатній температурі. Концентрація вільних електронів (n_e) визначалася з , враховуючи, що рухливість електронів при цій температурі становить 1350 см² / (Вс). Сумарна (тобто усіх типів) концентрація термодонорів (N_тд) визначалася з різниці n_і- n₀, де n₀, n_і - концентрація вільних електронів у вихідних та термооброблених зразках відповідно (нехтуючи термоакцепторами, що утворюються при 800 ^оС за 30 хвилин, концентрація яких n_a < 3.10¹³ см^-3).

На рис. 1 наведено швидкості генерації термодонорів: IIа - в зразку без попередньої термообробки, IIб - в зразку, що пройшов ПТО при 800⁰ С. Видно, що більш різкі зміни швидкості генерації ТД (dN_тд /dt) відбуваються на самих ранніх етапах термообробки. Характерно, що у вихідних зразках темп генерації ТД порівняно з початковим зменшується, а в попередньо термооброблених збільшується з часом ТО. Відпал ТД, утворених при 450 ⁰С, вивчався нами при двох температурах - 510 і 515 ⁰С. На рис. 2 приведено залежності концентрації термодонорів від часу ТО при 515⁰С: а - для зразка без ПТО, б - для зразка, що пройшов ПТО-800 перед введенням термодонорів. Крапки відповідають даним експеримента, суцільні лінії - комп'ютернiй апроксимації експоненціальною функцією виду:

у = А ₀ exp(- t/).

Попередня термообробка при 800 ⁰С істотно сповільнює процес відпалу ТД-450. Визначена нами з експериментів по відпалу ТД-450 при 510 і 515 ⁰С енергія активації відпалу (Е_а) і частотний фактор відпалу () істотно збільшуються після ПТО при 800⁰С. Для різних груп зразків E_a =1,64-1,88 еВ; ( =6.3 10^8-2.3 10⁷ с^-1) без ПТО і E_a=2,3-2,47 еВ; ( =1.8 10^11-2.4 10¹² с^-1) після ПТО-800. Таке збільшення не можливо пояснити зменшенням концентрації зародків у вигляді SiO_m-1 преципiтатів в ході ПТО-800. Вважаючи ж зародками МФК, зміну параметрів відпалу можна пояснити впливом пружних напружень в кристалічній гратці, які створюються МФК і відповідними скупченнями ТД.

В основних моделях термодонорів [7], дифузія атомів кисню є головним чинником, що лімітує як процес утворення ТД, так і процес їх відпалу. Отже, зміна Е_а може в певній мірі характеризувати зміну умов дифузії О_i. Тоді збільшення Е_а після ПТО-800 означає уповільнення дифузії О_i. Базуючись на отриманих результатах, можна припустити, що "прискорена" дифузія О_і в процесі генерації ТД властива тільки тим атомам кисню, які знаходяться в напружених областях кристала всередині мікрофлуктуацій з високими значеннями концентрації кисню_. У випадку відпалу термодонорного комплексу через дисоціацію, атом кисню повинен відійти на деяку відстань х, щоб не бути захопленим комплексом знову.

Розглядаючи відпал термодонорів в зразках без попередньої ТО, в формулі (1) замість D підставляємо D - коефіцієнт прискореної дифузії кисню, який визначено з кінетики генерації термодонорів. Підставляючи відповідні експериментальні значення , отримуємо x = 730 Е. Пояснити таке велике значення x можна тільки в припущенні, що атом кисню має вийти за межі мікрофлуктуації концентрації домішки кисню або скупчення термодонорів з розмірами порядку сотень ангстремів.

Таким чином, кількісний аналіз приведених експериментальних результатів свідчить про прискорення дифузії кисню всередині МФК і мікроскупчень термодонорів. Разом з великою локальною концентрацією кисню в МФК це значно прискорює процес утворення термодонорів і дає можливість пояснити їх реальний темп генерації.

В четвертому розділі викладено результати досліджень властивостей термодефектів перехідного типу між ТД-1 та ТД-2. Визначено, що температура 530 ⁰С відповідає мінімальній ефективності генерації кисневмісних термодонорів в діапазоні температур 500-600 ⁰С. Дослідження температурних залежностей ефекту Холла (рис. 3) показали, що в процесі ТО при 530 ⁰С тривалістю 5-75 годин утворюються декілька близько розміщених донорних рівнів в забороненій зоні, які мають швидкість введення на порядок меншу ніж ТД-1. Енергія іонізації цих рівнів зменшується із збільшенням тривалості ТО. Аналіз спектрів DLTS свідчить, що утворюється не менше 3 рівнів, які належать ТД-530 (рис. 4).

Значення енергії іонізації та перерізу захоплення носіїв струму центрами, що відповідають кожному конкретному піку DLTS, представлено в таблиці 1.

Електронні рівні характеризуються дуже малою енергією іонізації та аномально низькими значеннями перерізу захоплення носіїв заряду. Одним з можливих пояснень цього факту може бути дуже неоднорідний просторовий розподіл досліджуваних центрів.

Якщо ТД знаходяться в скупченнях, де їх локальна концентрація значно вища, ніж середня, то це може привести до екранування, що вплине на їх взаємодію з рухомими зарядами.

Із порівняння з експериментальними значеннями встановлено, що співпадіння досягається при локальній концентрації ТД (10^17-10¹⁹) см^-3, що узгоджується з даними, отриманими в інших роботах методами малокутового розсіювання світла [3]та з аналізу поведінки холівської рухливості [4].

Результати вимірів спектрів DLTS після електронного опромінення дозою 10^14-210¹⁶ см^-3 свідчать про відсутність взаємодії ТД-530 з радіаційними дефектами (РД): характеристики і концентрація ТД-530 не змінюються. В свою чергу наявність в Si різних концентрацій ТД-530 не впливає на кінетику накопичення А-, Е-центрів та дивакансій.

В п'ятому розділі наведені результати дослідження термодефектів, які виникають в ході розпаду пересиченого твердого розчину кисню в кремнії при його термообробці при 1050⁰С. Розглянуто особливості внутрішнього гетерування радіаційних дефектів.

Утворення кисневих термодефектів (зокрема термодонорів) в кремнії, про які говорилось вище, звичайно веде до погіршення характеристик приладів, виготовлених на його основі. Проте високий вміст кисню в кристалах та його властивість утворювати різноманітні комплекси при термообробках успішно використовується з метою гетерування глибоких домішок. Високотемпературна обробка кремнію веде до виникнення в його об'ємі мікропреципітатів SiO₂-фази. Саме вони та супутні дефекти, які виникають в гратці при їх утворенні виступають в ролі гетера для небажаних домішок. кисневий термодефект кремній термодонор

Необхідною умовою ефективності гетера є, як свідчать літературні дані, створювані ним в гратці кремнію внутрішні напруження. Це також стосується і гетерів для первинних радіаційних дефектів. Так ефективними гетерами радіаційних дефектів в кремнії є преципітати рідкоземельних елементів, що створюють значні напруження гратки. Тому високотемпературну обробку кремнію, яка приводить до утворення SiO₂ - фази спробували використати з метою підвищення радіаційної стійкості [8]. Виявилось, що SiO₂- фаза не впливає на накопичення основних радіаційних дефектів А- та Е-центрів. Можливо, що преципітати SiO₂- фази є джерелом внутрішніх пружних напружень при високих температурах, а при температурі опромінення (300К) не створюють внутрішніх пружних напружень (ВПН) достатніх для ефекту гетерування. Тому при температурі 40К нами досліджувались зміни ВПН, що виникають в кремнії при 1050 ⁰С в залежності від тривалості термообробки та кінетика виходу кисню з оптично активного стану.

Виявлено, що внутрішні пружні напруження зростають із тривалістю ТО- 1050 ⁰С як t^3/2. Характерно, що чисельні значення ВПН в Si<SiO₂> на порядок вищі ніж в Si легованому гадолінієм. Преципітати гадолінія є ефективним гетером первинних радіаційних дефектів в кремнії. Отримані результати викликають запитання: чому частинки SiO₂-фази (ефективний гетер для технологічних домiшок), створюючи напруження на порядок більш аніж ті, що створюються в кремнії преципітатами гадолінія, не впливають на накопичення радіаційних дефектів. Можна лише припустити, що механізм внутрішнього гетерування радіаційних дефектів в кремнії та роль ВПН в цьому процесі складніші ніж це вважалося раніше.

В заключній частині приведено перелік головних результатів досліджень та загальні висновки.

ГОЛОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Експериментально показано, що попередня ТО при 800 ⁰С приводить до збільшення енергії активації відпалу та частотного фактору відпалу термодонорів, сформованих в Si при 450⁰С з E_a =1,64-1,88 еВ; ( =6.3 10^8-2.3 10⁷ с^-1) до E_a=2,3-2,47 еВ; ( =1.8 10^11-2.4 10¹² с^-1). Отримані дані пояснюються впливом ПТО-800 на мікрофлуктуації домішки кисню, які є у вихідному кристалі. Зроблено оцінку їх лінійних розмірів, яка сягає сотень ангстрем.

2. Результати аналізу кінетики накопичення та відпалу ТД-450 дозволяють вважати, що прискорена дифузія атомів кисню в Si зумовлена впливом пружних деформацій, створюваних мікрофлуктуаціями концентрації цієї домішки, а самі мікрофлуктуації відіграють роль зародків для преципітації кисню, в тому числі і в формі термодонорів.

3. Виявлено, що відпал Si при 530 ⁰С приводить до появи трьох нових енергетичних рівнів, які належать мілким термодонорам. Енергія їх іонізації знаходиться в межах (0.019-0.058)еV і залежить від тривалості відпалу: при збільшенні часу термообробки енергія іонізації зменшується. З результатів вимірів DLTS встановлено, що зі збільшенням часу відпалу має місце перебудова цих термодонорів, яка проявляється у зникненні більш глибоких рівнів при одночасному збільшенні концентрації мілкіших. Вперше виявлено існування ТД з аномально малим перерізом захоплення електронів (10^-18-10^-20 см^-2).

4. Показано, що термодефекти, які вводяться при ТО - 530 ⁰С не змінюють своїх параметрів під дією електронного опромінення і не впливають на накопичення основних радіаційних дефектів Si (А- та Е-центрів, дивакансій). Для пояснення аномально слабкої взаємодії ТД-530 з рухомими зарядами у вигляді вільних електронів та заряджених радіаційних вакансій запропоновано модель, згідно якої це є наслідком екранування ТД-530 в мікроскупченнях. Отримано кількісну оцінку локальної концентрації ТД-530 в мікроскупченнях, що може сягати 10^17-10¹⁹ см^-3.

5. Виявлено, що термообробка при 1050⁰С приводить до виникнення сильних внутрішніх пружних напружень в кристалах Si. Інтенсивність цих напружень перевищує інтенсивність внутрішніх напружень, що створюються всіма відомими на цей час домішками, в тому числі ізовалентними та рідкоземельними елементами. Зі збільшенням часу ТО при 1050⁰ С, ці напруження зростають за законом t^3/2.

6. З порівняльного аналізу кінетики розпаду твердого розчину домішки кисню та кінетики зростання внутрішніх пружних напружень в кристалах кремнію, встановлено, що причиною виникнення ВПН в ході ТО-1050 є утворення та зростання розмірів мікрочастинок SiO₂- фази.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Неймаш В.Б., Сірацький В.М., Крайчинський А.М., Пузенко О.О. "Про деякі властивості термодонорів, що утворюються в кремнії при 530 ⁰С"// УФЖ. -1998. - т.43, в.2, с. 219-223.

2. Кустов В.Е., Неймаш В.Б., Тріпачко М..О., Пузенко О.О., Красько М.М. "Вплив преципітації домішки кисню при 1050 ⁰С на пружні напруження в кремнії"// УФЖ. -1998. - т.43, в.5, с. 626-629.

3. Неймаш В.Б., Пузенко О.О., Кабалдін О.М., Крайчинський А.М., Красько М.М. "Про деякі особливості генерації та відпалу термодонорів в кремнії"// УФЖ. -1999. - т.44, в.8, с. 1011-1016.

4. Неймаш В.Б., Крайчинский А.Н., Кабалдин А.Н., Цмоць В.М., Пузенко Е.А., Красько Н.Н. "Роль микронеоднородного распределения стоков для компонентов пар Френкеля в радиационной деградации свойств монокристалического кремния",Тезисы межгосударственной конференции по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (3-10 сентября 1998 года, г. Алушта), ВАНТ, в.3(69), 4(70) с. 43-44.

5. Неймаш В.Б., Крайчинский А.Н., Кабалдин А.Н., Цмоць В.М., Пузенко Е.А., Красько Н.Н. "Роль микронеоднородного распределения стоков для компонентов пар Френкеля в радиационной деградации свойств монокристаллического кремния"// ВАНТ. -1998. -в.73-74, с. 121-125.

6. Неймаш В.Б., Сирацкий В.М., Крайчинский А.Н., Пузенко Е.А. "Электрические свойства кремния, термообработанного при 530 ⁰С"// ФТП. -1998. - т.32, №9, с. 1049-1053.

7. Neimash V.B., Siratskii V.M., Kraichinskii A.M. and Puzenko O.O., Claeys C. and Simoen E. "Thermal oxygen donors with an anomalus small electron capture cross section" Electrochemical Society Proceedings. - 1998, V.98-13, p.200-210.

8. Bourret A. // Proc. 3rd Intern. conf. on semiconductors/ Ed. by L.C. Kimerling, J.M. Parsey, Jr. - Coronado, 1984. - New York: Met. Soc. of AIME, 1985. - P. 129-146.

9. Kaizer W., Frisch H., Reiss H. Mechanism of the Formation of Donor States in Heat-Treated Silicon // Phys.Rev. -1958. -V.112, N 5. -P. 1546-1554.

10. Кабалдин А.Н., Неймаш В.Б., Цмоць В.М., Шаховцов В.И., Батунина А.В., Воронков В.В., Воронкова Г.И., Калинушкин В.П Влияние термодоноров на малоугловое рассеяние света в кремнии// УФЖ. - 1993. - Т. 38. - N 1, С. 34-39.

11. Кабалдін О.М., Неймаш В.Б., Цмоць В.М., Шпінар Л.І. Механізми впливу термодонорів на холівську рухливість у Si // УФЖ. - 1995. - Т.40, N 10, С. 1079-1082.

12. Markevich V.P., Murin L.I Thermal Donor Formation in Pre-Heat-Treated n-Si:O Crystals// Phys. Stat. Solidi. - 1989. - v.A111, N 2. - P. K149-K154.

13. Murin L.I., Markevich V.P. // Proc. Int. Conf. on Science and Technology of Defect Control in Semiconductors, Yokohama, Japan, 1989, Ed. by K. Sumino (North-Holland, Amsterdam, 1990) P. 190.

14. В.М. Бабич, Н.И. Блецкан, Е.Ф. Венгер //Кислород в монокристаллах кремния. Киев. - "Интерпресс ЛТД". -1997, 239 с.

15. Крайчинский А.Н., Неймаш В.Б., Саган Т.Р., Сирацкий В.М., Цмоць В.М., Шаховцов В.И., Шиндич В.Л. Радиационное дефектообразование в Si, термообработанном при 1050 0С. - УФЖ, т.34, N7, с. 1071-1074 (1989).

АНОТАЦІЇ

Пузенко О.О. Дослідження процесів утворення та відпалу термодефектів в кремнії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук із спеціальності 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут фізики НАН України, Київ, 1999 р.

Дисертацію присвячено подальшому вивченню природи та властивостей кисневих термодефектів в кремнії. Досліджувались властивості термодонорів, які утворюються в Si при його термообробці при 450 ⁰С та 530⁰С, а також зміна внутрішніх пружних напружень гратки кремнію при утворенні в його об'ємі частинок SiO₂-фази.

Виявлено, що попередня обробка кремнію при 800 ⁰С приводить до зміни параметрів відпалу термодонорів-450, що пояснюється більш однорідним розподілом домішки кисню. Лінійні розміри мікрофлуктуацій домішки кисню в кремнії сягають сотні ангстрем. Термодонори утворюються в скупченнях з високою локальною концентрацією, проявляючи при цьому властивості не властиві окремому дефектові (наприклад аномально малий переріз захоплення електронів, відсутність взаємодії з первинними радіаційними дефектами).

Ключові слова: кремній, мікрофлуктуації домішки кисню, термообробка, термодонори, відпал термодефектів.

Puzenko E. The investigation of generation processes and annealing of thermodefects in silicon. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by specialty 01.04.07 - solid-state physics. - Institute of Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1999.

Thesis for a candidate's degree is devoted to investigation of the nature and behavior of oxygen thermodefects in silicon. The properties of so-called thermal donors (TD) generated in silicon crystals by means a heat treatment at 450 ⁰C and 530 ⁰C and variation of internal elastic lattice strain under heat treatment at 1050 ⁰C were studied.

It was found that preliminary heat treatment of silicon under 800⁰ C leads to change of annealing parameters of thermodonors-450 and it can be explained by more homogeneous distribution of oxygen impurity. The linear size of impurity oxygen microfluctuation is up to 100Е. Thermodonors are created in micro-accumulations with high local concentration and have specific properties (for example anomalously cross-section of electrons, non-interaction with primary radiation defects).

Key words: silicon, impurity oxygen microfluctuation, heat treatment, thermodonors, annealing of thermodefects.

Пузенко Е.А. Исследование процессов образования и отжига термических дефектов в кремнии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Институт физики Национальной Академии Наук Украины, Киев, 1999 г.

Диссертация посвящена изучению природы и свойств кислородных термодефектов в кремнии с целью получения методов управляемого влияния на свойства материалов для микроэлектроники. Получены результаты полезные для разработки перспективного метода повышения термостабильности кремния с помощью контроля микронеоднородности распределения кислорода в выращенных кристаллах. Исследовались свойства термодоноров, образующихся в Si при его термообработке при 450 ⁰С и 530 ⁰С, а также изменение внутренних упругих напряжений решетки кремния при термообработках в области 1050 ⁰С.

Обнаружено, что предварительная высокотемпературная обработка кремния приводит к более однородному распределению примеси кислорода. В результате, процессы образования и отжига кислородных термодоноров проходят с большей энергией активации, чем в том случае, когда диффузия атомов кислорода ускорена в полях упругих деформаций, вызванных микрофлуктуациями примеси кислорода. Ускорение диффузии кислорода дает возможность объяснить реально наблюдаемые скорости введения кислородных термодоноров в кремнии.

Выявлено, что линейные размеры микрофлуктуаций примеси кислорода в кремнии достигают сотни ангстрем.

Обнаружено, что термообработка кремния при 530 ⁰С приводит к возникновению в его запрещенной зоне трех новых уровней, которые принадлежат мелким термодонорам. Энергия их ионизации зависит от длительности термообработки: с увеличением времени отжига энергия ионизации уменьшается. Из результатов измерений DLTS, установлено, что во время термообработки происходит перестройка этих термодоноров, которая проявляется в уменьшении глубоких уровней при одновременном возникновении более мелких. Выявленные термодоноры характеризуются аномально малым сечением захвата (10^-18-10^-20 см^-2), не изменяют своих параметров под действием электронного облучения и не влияют на накопление основных радиационных дефектов Si (А-, Е-центров, дивакансий). Для объяснения аномально малого взаимодействия ТД-530 с подвижными зарядами в виде электронов и заряженных радиационных вакансий, предложена модель, согласно которой это есть следствием экранирования ТД-530 в микроскоплениях. Количественная оценка концентрации ТД-530 в микроскоплении достигает величины 10^17-10¹⁹см^-3.

Экспериментальные и теоретические исследования позволили установить количественную взаимосвязь между изменением внутренних упругих напряжений решетки и размерами частиц SiO₂ -фазы, которые образуются при термообработке кислородосодержащего кремния при 1050⁰С. Выявлено, что увеличение напряжений коррелирует с увеличением размеров кислородных частиц. Ключевые слова: кремний, микрофлуктуации примеси кислорода, термообработка, термодоноры, отжиг термодефектов.

Размещено на Allbest.ru