Взаимодействие водорода с железом, золотом и мелкими донорами в кремнии

• Автор: Парахонский, Андрей Леонидович
• Шифр специальности: 05.26.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 105 с.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Взаимодействие водорода с мелкими примесями и термодонорами в кремнии.

1.2.1 Комплексообразование и диссоциация центров, связанных с атомами переходных металлов в кремнии.

1.2.2 Взаимодействие водорода с атомами переходных металлов в кремнии.

ВЫВОДЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

ГЛАВА П. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1 Исследование свойств электрически активных примесей в полупроводниках емкостными методами.

2.1.1 Физические принципы, лежащие в основе метода РСГУ.

2.1.2 Принципы обработки сигнала релаксации емкости в методе РСГУ. Экспериментальная установка.

2.2 Образцы, используемые в работе. Диффузия примесей.

Насыщение кристаллов водородом.
2.2.1 Влияние азота или азотсодержащих дефектов на диффузию золота в Чохральском кремнии.
ГЛАВА Ш. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДОРОДА С МЕЛКИМИ ДОНОРАМИ В КРЕМНИИ.
3.1 Взаимодействие водорода с мелкими донорами различной природы.
3.2 Пассивация водородом электрической активности азоткислородных комплексов.
ГЛАВА IV ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ЖЕЛЕЗА И ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ КОМПЛЕКСОВ В КРЕМНИИ.
4.1 Возникновение электрически активного междоузельного железа в кремнии при гидрогенизации в ЖХТ.
4.2 Анализ профилей распределения междоузельного железа, полученных после ЖХТ и последующего отжига с приложенным обратным смещением ЯВА.
ГЛАВА V. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ЦЕНТРОВ В КРЕМНИИ, ЛЕГИРОВАННОМ ЗОЛОТОМ.
5.1 Возникновение электрически активных дефектов в кремнии, легированном золотом, в результате насыщения водородом
5.2 Формирование электрически активных комплексов золотоводород в кремнии, легированном золотом, в результате КВА.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Механизмы взаимодействия водорода с большинством дефектов, создающих мелкие акцепторные уровни в запрещенной зоне кремния, и конфигурация образующихся в результате такого взаимодействия комплексов изучены достаточно подробно. К структурным дефектам, оказывающим сильное влияние на электрические свойства кремния, относятся примеси переходных металлов, неконтролируемо проникающие в объем кристалла в ходе различных технологических операций и образующие центры с глубокими уровнями в запрещенной зоне. Многие из такого рода дефектов, обладая высокими коэффициентами диффузии, даже в небольших концентрациях могут приводить к деградации характеристик кремниевых приборов. Поэтому важно исследовать влияние водорода на такие дефекты. Сравнительно недавно было установлено, что насыщение водородом кристаллов кремния приводит не только к уменьшению концентрации центров с глубокими уровнями, имевшихся в образцах, но и к возникновению новых электрически активных дефектов. Однако механизмы такого дефектообразования мало изучены. Помимо чисто научного интереса, стимулирующего исследования взаимодействия водорода с точечными дефектами в кремнии, не вызывает сомнений и огромное практическое значение таких исследований для развития современной кремниевой технологии. Большое значение приобретают исследования процессов комплексообразования и диссоциации дефектов с участием водорода, происходящие при температурах, близких к комнатной, когда уровень возбуждения электронной и решеточной подсистем кристалла невысок. Показано, что значения радиуса захвата водорода мелкими донорами, присутствующими в бестигельных кристаллах, кристаллах, легированных азотом, и образцах с термодонорами, примерно совпадают и близки к параметру решетки. Показано, что мелкие азот-кислородные доноры пассивируются водородом и энергия связи этих комплексов выше, чем энергия связи пар водород-фосфор. Исследовано взаимодействие водорода с примесью железа в кремнии, легированном бором. Показано, что водород пассивирует пары железо-бор в приповерхностных слоях кристалла и не влияет на электрическую активность междоузельного железа. Обнаружено, что водород стимулирует реакцию диссоциации комплексов железо-бор, в результате которой происходит высвобождение междоузельного атома железа. Исследовались особенности пассивации атомов золота в кремнии. Показано, что пассивация золота сопровождается возникновением электрически активных комплексов с одним и двумя атомами водорода, что согласуется с теоретическими представлениями о механизме пассивации золота в кремнии. Проанализирован процесс трансформации электрически активных комплексов золото-водород и оценены значения радиусов взаимодействия водорода с атомами золота и золотосодержащими центрами. Чохральского. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, основных выводов и списка цитируемой литературы. В первой главе представлен литературный обзор работ, касающихся вопросов взаимодействия водорода с электрически активными точечными дефектами, вносящими мелкие уровни в запрещенную зону, а также условий формирования и диссоциации комплексов, связанных с атомами переходных металлов в кремнии, и их взаимодействия с водородом. Во второй главе описаны физические основы емкостных методов исследования центров с глубокими уровнями, условия насыщения кристаллов водородом и диффузии примесей переходных металлов в кремний. Описан эффект влияния азота и азотсодержащих дефектов на диффузию золота в кремнии, легированном азотом. В третьей главе исследуется взаимодействие водорода с мелкими донорами различной природы в кремнии. Анализируются профили распределения центров водород-м ел кий донор в бестигельном кремнии, кристаллах кремния, легированного азотом, и в образцах с термодонорами и оцениваются радиусы захвата водорода мелкими донорами. В четвертой главе представлены результаты исследований влияния водорода на электрическую активность междоузельного железа и пар железо-бор в кремнии. Исследуется процесс возникновения междоузельного железа в кремнии р-типа проводимости в результате насыщения кристаллов водородом посредством жидкостного химического травления.