Молекулярно-лучевая эпитаксия кремния, стимулированная ионным облучением

• Автор: Шенгуров, Владимир Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 327 с. : ил

Содержание

Введение

Глава 1. Состояние проблемы

1.1. Молекулярно-лучевая эпитаксия кремния

1.1.1. Основы метода МЛЭ

1.1.2. Легирование слоев кремния в процессе МЛЭ

1.1.3. Обзор современных моделей легирования слоев

кремния в методе МЛЭ

1.2. Выращивание легированных слоев кремния методом сублимационной МЛЭ

1.2.1. Основы метода. Рост нелегированных слоев

1.2.2. Испарение примеси из кремниевого источника
1.2.3. Легирование в методе сублимационной МЛЭ
1.3. Выращивание на кремниевых подложках гетероэпитаксиаль-ных структур, содержащих слои твердого раствора кремний-германий
1.4. Методы активации вхождения примеси в слои кремния
при молекулярно-лучевой эпитаксии
1.4.1. Низкоэнергетическая ионная имплантация
1.4.2. Твердофазная эпитаксия (ТФЭ)
1.4.3. Легирование, усиленное приложением потенциала
к подложке
1.5. Постановка задачи исследования
Глава 2. Методика эксперимента
2.1. Вакуумное оборудование для выращивания слоев 81 и 8ц.хОех
методом сублимационной МЛЭ
2.1.1. Высоковакуумные установки для выращивания
структур
2.1.2. Источники паров кремния и легирующей примеси
2.1.3. Нагреватели подложки
2.2. Выращивание легированных эпитаксиальных слоев кремния
2.3. Выращивание слоев твердого раствора 811_хОех на 81(100)
методом сублимационной МЛЭ 81 в среде германа
2.4. Методы исследования структуры, электрофизических параметров эпитаксиальных слоев и распределения
примесей в них
2.4.1. Метод изготовления косого шлифа
2.4.2. Методики приготовления электронно-прозрачных образцов и исследования структуры слоев
2.4.3. Методы измерения электрических параметров слоев
2.4.4. Методы исследования распределения примесей в слоях 81и81).хОех
Глава 3. Выращивание нелегированных слоев 81 с приложением
потенциала к подложке
3.1. Выявление ионной составляющей в потоке атомов Б
из сублимирующего источника
3.2. Влияние бомбардировки низкоэнергетическими ионами 81+ на травление слоя диоксида и последующий рост
эпитаксиального слоя кремния
3.3 Захват атомов фоновых примесей слоем кремния при выращивании его с приложением и без приложения отрицательного потенциала к подложке
3.4 Распределение легирующих и фоновых примесей в эпитаксиальных слоях кремния, выращенных на пористом кремнии методом сублимационной МЛЭ без приложения и с приложением потенциала к подложке
Глава 4. Закономерности переноса примесей из сублимирующего источника и из расплава кремния в слой
4.1. Перенос традиционных легирующих примесей из сублимирую-
щего кремниевого источника в слой
4.2. Перенос галлия из кремниевого источника в эпитаксиальный

4.3. Испарение легирующей примеси из расплава кремния
Глава 5. Вхождение традиционных легирующих примесей в слои
кремния при выращивании их методом сублимационной
МЛЭ с приложением потенциала к подложке
5.1. Влияние приложения потенциала к подложке на внедрение
атомов галлия в эпитаксиальные слои Si
5.2. Профили распределения других примесей в слоях Si, выращенных с приложением потенциала к подложке
5.3. Структурное совершенство легированных галлием слоев кремния, выращенных с приложением потенциала
5.4. Сопоставление экспериментальных данных и современных моделей PED слоев Si
Глава 6. Закономерности вхождения эрбия в эпитаксиальные слои кремния в процессе сублимационной МЛЭ
6.1. Перенос эрбия из сублимирующего кремниевого источника
в растущий слой
6.2. Поверхностная сегрегация атомов эрбия при выращивании эпитаксиальных слоев кремния
6.3. Влияние солегирования слоев кремния кислородом на подавление поверхностной сегрегации эрбия
6.4. Структура эпитаксиальных слоев кремния, легированных
эрбием
6.5. Влияние бомбардировки поверхности роста низкоэнергетическими ионами Si+ на захват атомов эрбия слоем кремния
Глава 7. Выращивание слоев твердого раствора кремний-германий методом сублимационной МЛЭ Si в среде германа с приложением потенциала к подложке
Уровень внедрения атомов Ga ниже, а сегрегация выше, чем у Sb. Предпочтительной примесью р-типа для Si является В, но его испарение в элементарном виде из-за высокой температуры затруднено и необходимо использовать специальные эффузионные ячейки или источники с электронно-лучевым нагревом [43].
Первая структура с с5-легированным бором слоем была выращена N.L.Muttry и др. [44]. Осаждение бора из эффузионной ячейки проводили с плотностью от 1012 до 2-1013 см'2 на ^/-подложку при температуре 400°С. Верхние слои Si толщиной 300-1200 А были выращены при ~700°С.
Метод МЛЭ Si привлекает внимание исследователей в связи с возможностью выращивания в едином технологическом цикле сложных структур с профилем распределения концентрации легирующей примеси, с большой точностью соответствующим заданному. Выращивание эпитаксиальных структур с резкими переходами позволяет создавать на их основе полупроводниковые приборы с улучшенными характеристиками. В частности, при изготовлении приборов с высокой вольтовой чувствительностью и высокоэффективных /МЛ4 7Т-диодов с двойной дрейфовой областью используются структуры со сверхрезким р-гс-переходом. В большинстве случаев такие структуры получают сочетанием методов эпитаксиального наращивания и ионной имплантации [276]. Однако методом ионной имплантации можно изготавливать лишь мелкие слои (с толщинами меньше 1 мкм). Причем этим методом трудно легировать слои до умеренного уровня (~ 1 • 1016 см'3). В то же время для изготовления приборов требуются и слои с диапазоном концентраций от 1014 до 101бсм'3. Кроме того, процесс создания структур в этом случае становится многостадийным.
Лучшими возможностями для изготовления структур со сверхрезким р-и-переходом обладает метод МЛЭ Si, поскольку низкая температура роста и прецизионный контроль in situ уровня легирования позволяют реализовать сложный профиль распределения концентрации легирующей примеси в структуре.