ВЛИЯНИЕ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ ФОСФОРА НА СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ МОНОКРИСТАЛЛА КРЕМНИЯ

Цель работы Исследование структурных изменений в приповерхностных слоях монокристаллов Si после имплантации ионов фосфора. Энергия имплантованных ионов - Е=180 кэВ, доза - D= см-2

Для реализации цели: Использовано методы рентгеновской топографии и двухкристального спектрометра; Использовано численные методы решения системы дифференциальных уравнений, описывающие процессы рассеяния рентгеновских лучей в искаженных кристаллах

1 исходная 2 имплантация Образец кремния схематично Исходная область Ионная имплантация: фосфор (Е=180кеВ, D=8·10 14 cм -2 )

КОСОНЕСИММЕТРИЧНАЯ ДИФРАКЦИИ В ГЕОМЕТРИИ НА ОТРАЖЕНИЕ И – источник рентг. излучения Щ – щель П – пленка К – кристалл Основное условие: Схема эксперимента Схематическое представление особенный значений азимутального угла поворота при повороте кристалла вокруг вектора дифракции 0 < 0 cos tg B ctg дифракция Лауэ; 0 0 cos

Топография монокристалов Si а) L ext =2,1мкм б) L ext =1,05мкм в) L ext =0,75мкм Х-лучевые топограмы монокристала Si: CuKα-излучение, входящая плоскость (111) исходная область; 2-имплантированаяс17

Атомно-силовая микроскопия образца Si б)а) Объёмное изображение микрорельефа поверхности образца Si а) исходная область б) имплантированая область18 Z, mkmR a, mkmR q, mkm 1 (исходная)1,7250,1500,201 2 (имплонтированая)4,7560,2730,373

Схема трехосного рентгеновского дифрактометра Високоразрешающий трехосный рентгеновский дифрактометр PANalytical XPert MRD PRO. используется для измерения кривых дифракционного отражения (КДО). На трехосном дифрактометре фирмы Philips находится: на первой оси- германиевый монохроматор из четырехкратным отражением, на второй – исследуемый образец, на третьей кристалл - анализатор. Рентгеновская трубка монохроматор исследуемый образец детектор

Кривые дифракционного отражения монокристалла Si θ lg(I/I 0 ) 1E отражение (111), CuКa- излучение 1 – исходная область, 2 – имплантированная область обл. d, см -1 L·10 2 R д.к.,мкмn д.к.,см -3 R c.к.,мкмn c.к.,см -3 R п.,мкмn п.,см -3 11,050,60, ,0097· , ,210,180, , ,

Кривые дифракционного отражения монокристалла Si: сопоставление теоретической и экспериментальных кривых θ lg(I/I 0 ) отражение (333), CuКα - излучение 1 – экспериментальная кривая, 2 – теоретически рассчитанная кривая Z, нм d/d *10 -3 Профиль деформации в приповерхностных слоях кристалла, имплантированного ионами фосфора Z,E n* Распределение имплантированных ионов фосфора в кристалле кремния, полученное с помощью программного пакета SRIM-2003

Выводы: Воздействие ионной имплантации на поверхность образца приводят к изменению характеристик и формы кривых качания, особенно их хвостов, относительно исходной части образца. Наблюдается также незначительное увеличение полуширины кривых качания и отношения интегральной интенсивности к высоте максимума кривой..Воздействие ионной имплантации на поверхность образца приводят к изменению характеристик и формы кривых качания, особенно их хвостов, относительно исходной части образца. Наблюдается также незначительное увеличение полуширины кривых качания и отношения интегральной интенсивности к высоте максимума кривой. Из полученного распределения имплантированных ионов следует, что максимальное значение концентрации имплантанта n=5.75·1019 см-3 наблюдается на глубине порядка ~2500Å.Из полученного распределения имплантированных ионов следует, что максимальное значение концентрации имплантанта n=5.75·1019 см-3 наблюдается на глубине порядка ~2500Å. Исходя из численных решений уравнений Такаги – Топена, а также из расчетов на основании обобщенной динамической теории дифракции рентгеновских лучей построен профили деформации в поверхностных слоях кремнияИсходя из численных решений уравнений Такаги – Топена, а также из расчетов на основании обобщенной динамической теории дифракции рентгеновских лучей построен профили деформации в поверхностных слоях кремния Оценены средний радиус и концентрация микродефектов: дискообразные кластеры – размер ~0,5 мкм, концентрация ~ 10 7 ÷10 8 см -3 ; сферические кластеры – размер ~0,011 мкм, концентрация ~10 12 ÷10 13 см -3 ; дислокационные петли – размер ~0,7 мкм, концентрация ~10 8 ÷10 9 см -3Оценены средний радиус и концентрация микродефектов: дискообразные кластеры – размер ~0,5 мкм, концентрация ~ 10 7 ÷10 8 см -3 ; сферические кластеры – размер ~0,011 мкм, концентрация ~10 12 ÷10 13 см -3 ; дислокационные петли – размер ~0,7 мкм, концентрация ~10 8 ÷10 9 см -3 Определенная с помощью атомно-силовой микроскопии высота Rа характерного рельефа неровностей на имплантированной ионами поверхности, равна ~0,273 нмОпределенная с помощью атомно-силовой микроскопии высота Rа характерного рельефа неровностей на имплантированной ионами поверхности, равна ~0,273 нм