Дефектообразование в напряженных структурах на кремнии при радиационно-термических обработках

• Автор: Ефремов, Михаил Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 205 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание
Введение
Научная новизна работы
Практическая значимость работы
Положения и основные результаты, выносимые на защиту
Содержание диссертации
Глава I. формирование дефектов и деформирование кристаллической
РЕШЕТКИ КРЕМНИЯ
§1.1. Точечные дефекты и примеси в кремнии, влияние механических напряжений.

Примеси в кремнии
Дефекты в кремнии
Взаимодействие дефектов
§1.2. Механические напряжения в кремнии при преципитации кислорода
§ 1.3. Механические напряжения вблизи границ раздела в структурах на основе
КРЕМНИЯ
Уравнения упругости
Структурные и термоупругие напряжения в гетеросистемах Зг-А12Оз
§1.4. Влияние механических напряжений на спектр фононов в кристалле
Глава П. Экспериментальные методики
§2.1. Спектроскопия комбинационного рассеяния света
Законы сохранения и правила отбора
Форма линий КРС
Определение величин механических напряжений
Схема регистрации
§2.2. Метод нестационарной спектроскопии глубоких уровней для определения концентрации дефектов с "глубокими" состояниями в запрещенной зоне кремния

§2.3.. Метод инфракрасной спектроскопии
§2.4. Методики электрофизических измерений (метод Ван дер Пау, эффект Холла,
вольт фарадные измерения)
Измерение объемной концентрации основных носителей и удельного сопротивления.

Измерения вольт- фарадных характеристик
§2.5. Методика приготовления и обработок образцов
КНС структуры
Структуры
Структуры с кислородными преципитатами
Глава Ш. Модификация механических напряжений в гетероструктурах при
ФОРМИРОВАНИИ ДЕФЕКТНО- ПРИМЕСНЫХ АССОЦИАЦИЙ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА
§3.1. Уравнения упругости в среде с дефектами
§3.2. Характеризация механических напряжений в структурах кремний на сапфире
Анализ изменений механических напряжений при технологических обработках КНС-структурах

§3.3. Модификация механических напряжений в КНС структурах при
электронном, ионном облучении и термических обработках
Влияние электронного облучения на величины механических напряжений в КНС
структурах
Ионная имплантация и термические обработки
Имплантация ионов фосфора
Имплантация ионов бора
Имплантация ионов азота
Имплантация ионов аргона
§3.5. Взаимодействие точечных дефектов и примесей, введенных
высокотемпературной имплантацией, с дефектами границы раздела
Ионная имплантация Аг+ при 450°С
Ионная имплантация Аг+ при 650°С
Ионная имплантация В+ при 550°С
Микроскопический анализ
§3.4. Теоретическое рассмотрение процесса перераспределения дефектов в поле
механических напряжений КНС структур
§3.6. Расчет эпюр механических напряжений в КНС-структуре с неоднородным
распределением вакансионных дефектов в пленке кремния
Глава IV. Влияние механических напряжений на дефектообразование
вблизи границы раздела ЯьБгСЬ
§4.1. Генерация междоузельных атомов кремния при окислении
§4.2. Роль окислительных дефектов в радиационном дефектообразовании вблизи
ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА 81-8102
Высокотемпературное окисление
Окисление при повышенном давлении
§4.3. Влияние механических напряжений на формирование вторичных
радиационных дефектов
§4.4. Моделирование радиационного дефектообразования вблизи границы раздела
81-8102
Глава V. Роль механических напряжений в процессе преципитации
кислорода в кремнии
§5.1. Модификация механических напряжений в кремнии при формировании
преципитатов кислорода
§5.2. Расчет эпюр механических напряжений в пластине кремния с неоднородным
по глубине распределением преципитатов кислорода
Приложение. Оценка влияния поля механических напряжений на
кинетические коэффициенты комплексообразования
Основные результаты и выводы
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ.
В связи с развитием современной микроэлектроники, сопровождающемся повышением степени интеграции, уменьшением размеров полупроводниковых элементов, повышением мощности силовых полупроводниковых приборов, возрастают требования к чистоте, используемых материалов и точности контроля над составом примесей и дефектов в кремнии. Примеси и дефекты в значительной степени определяют свойства кремния и параметры полупроводниковых приборов на его основе. Это обуславливает высокий интерес к научным основам управления примесно- дефектным составом приповерхностных областей кремния, атомарным процессам формирования комплексов дефектов, механизмам взаимодействия дефектов и примесей. Развитие исследований в этой области привело к широкому применению радиационных технологий [1] в современной микроэлектронике. Особый интерес вызывает исследование роли механических деформаций кристаллической решетки в процессах дефектообразования в кремнии [2,3]. Наличие дефекта в кристалле означает искажение кристаллической решетки, что определяет роль деформационного взаимодействия в качестве фундаментального взаимодействия, присущего всем дефектам. Несмотря на фундаментальный характер данной проблемы, к настоящему времени не сложилось полной картины, позволяющей количественно описать вклад деформаций в процессы образования дефектов. В первую очередь это касается точечных дефектов и примесей в силу трудности теоретического описания и экспериментального обнаружения смещений атомов в непосредственной близости от дефекта. Особое значение в данной ситуации приобретает получение экспериментальных свидетельств влияния деформаций на образование точечных и протяженных дефектов в кремнии и развитие модельных представлений, позволяющих описать наблюдаемые явления в рамках единого подхода.

Как правило, уравнения упругости решаются аналитически только при существенных упрощениях. Для численных решений уравнений упругости предложены ряд методов [70,71]. Рассмотрим двухслойную структуру, каждый из слоев которой имеет свои упругие константы. Даже в случае аксиальной симметрии и большого радиуса пластины по сравнению с ее толщиной точное решение уравнений упругости затруднено. Для бесконечного радиуса пластины можно получить общее решение системы уравнений <5хх=оуу =Аг +В, <7=0, <7ху=0. Граничные условия на границе раздела слоев определит соотношение между константами решения в первом и втором слое. Однако, неопределенность граничных условий на краях пластины в этом случае не позволяет точно доопределить константы, хотя общее решение и дает представление о эпюре механических напряжений в структуре. Достаточно много работ посвящено анализу механических напряжений в гетероструктурах [72,73,74,75]. Так широко используется формула Стоуни, определяющая связь механических напряжений в пленке с радиусом изгиба пластины Кс [74].
0 — Ду Д? 1 г бД-уДйГу д,
где Е8, у - модуль Юнга и коэффициент Пуассона подложки, а <ф и <ф -толщина подложки и пленки соответственно.
Структурные и термоупругие напряжения в гетеросистемах $1-А120з, 57-5Ч02.
В работе [15] анализируется вид эпюр механических напряжений в двухслойной структуре и получены выражения для величин тензора механических напряжений и их распределений в структуре. Величина термоупругих напряжений, появляющихся в пленке из-за разности КТР может быть описана выражением
а(г)-о(Г0) = (а* - Я/). - То