Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Физика полупроводников и диэлектриков

Диссертационная работа:

Герасименко Николай Николаевич. Исследование структуры поверхности кремния по оптическому отражению : диссертация... кандидата физико-математических наук : 01.04.10 Москва, 2006 105 с. РГБ ОД, 61:07-1/781

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Перечень сокращений и условных обозначений 5

Введение 6

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи 12

  1. Физические основы метода 12

  2. Проникновение лазерного луча 12

  3. Термическая волна и волна носителей заряда 13

  4. Схемы и принципы работы установок TWIN SC и Therma Probe. 18

  1. Принцип работы установки TWIN SC 18

  2. Принцип работы установки Therma Probe 20

1.5 Обзор литературы по исследованию имплантированной поверх
ности кремния 20

  1. Материал подложки 20

  2. Влияние параметров ионной имплантации на детектируемый сигнал 23

  1. Зависимость от типа иона 25

  2. Зависимость от энергии иона 27

  3. Влияние имплантации на коэффициент отражения R.28

  4. Зависимость от тока пучка ионов 28

1.5.3 Влияние дозы имплантации на контролируемые парамет
ры 31

If) 19 9

1.5.3.1 Измерение при малых дозах (10 до 10 см") 31

1.5.3.2 Измерение при средних (от 10 см" до порога аморфи-
зации) и больших дозах (Q>Qa) 33

  1. Чувствительность и калибровка 33

  2. Зависимость величины измеряемого отклика от времени

з
после имплантации 34

  1. Измерение на образцах со структурой 36

  2. Использование термоволнового метода для исследования мелкозалегающих р-n переходов 37

1.6 Заключение и постановка задачи диссертационной работы 43

Глава 2. Выявление физических механизмов, определяющих величину
измеряемого сигнала 46

  1. Анализ соотношений вкладов основных механизмов для реальных условий эксперимента 46

  2. Особенности применения термооптической методики 51

Глава 3. Исследование возможностей применения методики термо
оптического детектирования для изучения состояния поверхности
образцов монокристаллического кремния после различных видов
обработок (кроме ионного легирования) 54

  1. Методика эксперимента 54

  2. Результаты эксперимента 55

  1. Исходные образцы 55

  2. Окисленные образцы 59

  3. Отожженные образцы 59

3.3 Обсуждение результатов 62

Глава 4. Термооптические эффекты на поверхности имплантирован
ного кремния 65

  1. Методика эксперимента 65

  2. Экспериментальные результаты 66

  1. Зависимость термооптического сигнала от массы иона... 66

  2. Отжиг радиационных дефектов 69

  3. Влияние поверхностного слоя окисла на термооптичес-

кий сигнал 75

4.2.4 Вариации времязависимого цикла 77

4.3 Заключение 79

Глава 5. Особенности дефектообразования при имплантации в крем
ний ионов фтора 81

Глава 6. Основные результаты и выводы 94

Список литературы 98

Список публикаций по теме диссертации 104

Перечень сокращений и условных обозначений

ТОД -термооптическое детектирование

VLSI - сверхбольшая интегральная схема (количество транзисторов или

логических вентилей на кристалле от 100 000 до 1 млн.)

ULSI - ультрабольшая интегральная схема (количество транзисторов на

кристалле от 1 млн. до 1 млрд.)

ЭПР - электронный парамагнитный резонанс

Введение к работе:

Актуальность темы

Основной тенденцией развития современной полупроводниковой технологии является повышение степени интеграции компонентов (VLSI и ULSI технологии, трехмерные приборы и т.д.) и увеличение площади кристаллов.

Важнейшая задача индустрии производства приборов и компонентов заключается в снижении их стоимости при одновременном улучшении качества исполнения. Это становится возможным с применением процесса ионной имплантации. Также ионная имплантация применяется и в других областях (микромеханика, микрооптика), для модификации свойств металлов и оптических свойств материалов [1,2,3].

Развитие ионной имплантации выдвигает высокие требования к однородности и воспроизводимости эффектов, получаемых при использовании данного процесса. Появляется необходимость в разработке неразрушающих, бесконтактных, быстрых (экспресс) методик контроля параметров ионного легирования (доза, однородность дозы, энергия иона, температура пластины) [4], которые способны проводить структурные и электрофизические измерения на формируемых структурах и, в то же время, легко встраиваться в процессное оборудование для непосредственного контроля параметров во время проведения процесса и мониторинга текущей продукции.

Например, еще несколько лет назад доза легирующей примеси при ионной имплантации и неравномерность дозы по пластине почти всегда контролировалась по методике измерения слоевого сопротивления [4,5]. При этом необходима процедура отжига после имплантации, что в свою очередь, требует временных и финансовых затрат, плохо согласуется 'с поточным производством и позволяет проводить измерения только на тестовых пластинах.

Несколько лет назад в ряде научных центров началась разработка методики, основанной на фототермических эффектах, позволяющей исследовать свойства поверхностных и приповерхностных слоев кремния, а также пленок на его поверхности. Сейчас техника [6,7], реализующая данную методику, достигла высокого уровня развития, что дает возможность использовать ее в промышленном производстве в различных областях полупроводниковой технологии.

В настоящее время в производстве наиболее часто используется установка фирмы TERMA WAVE Inc., США [8,9], принцип работы которой основывается на модуляции коэффициента отражения.

Откалиброванная установка позволяет переводить сигнал отклика непосредственно в дозу или толщину поверхностной пленки. Процедура измерения полностью автоматизирована. Поэтому сразу после технологического процесса можно визуализировать микро и макро неравномерности с высокой чувствительностью.

В свою очередь, мы использовали установку TWIN SC (Therma Wave Inspection System) [10,11], разработанную фирмой Jenoptic Technology вместе с университетом Фридриха Шиллера в г. Иена, Германия, в которой, в отличие от американского прибора, используется повышающий чувствительность гетеродинный принцип [10].

Цель работы

Целью работы было определение возможностей, ограничений и особенностей применения термооптического метода для исследования структурных и электрофизических изменений поверхности кремния после технологических обработок (ионная бомбардировка, высокотемпературное окисление, травление, термическая обработка).

Научная новизна

  1. Для высокочувствительного метода контроля изменения свойств поверхности кремния после различных технологических обработок определены особенности применения, выражающиеся в том, что в процессе измерения состояние контролируемых структурных дефектов может изменяться как за счет перезарядки, так и путем отжига.

  2. Установлено, что в условиях реализации применяемого в работе метода (высокая частота модуляции возбуждающего оптического излучения -1МГц) основной вклад в измеряемый сигнал дает не нагрев образца, а изменение концентрации свободных носителей заряда (эффект Друде).

  3. С помощью термооптической методики выявлены дополнительные особенности процесса ионной имплантации и последующего отжига. Основная из них состоит в том, что отжиг имплантированных слоев приводит к начальному состоянию поверхности по составу дефектов.

  4. Экспериментально показано, что отжиг радиационных дефектов может происходить при комнатной температуре в течение длительного времени (до одного года и более). На любой стадии отжига он может быть активирован лазерной засветкой.

  5. Показано, на примере внедрения ионов фтора в кремний, что скорость накопления радиационных дефектов может зависеть от химической природы имплантируемого иона. Сделано предположение, что этот эффект определяется возрастанием роли метастабильных пар Френкеля.

  6. Ускоренное накопление радиационных дефектов при имплантации ионов фтора не приводит к ожидаемому изменению зависимости дозы аморфизации от массы иона, что связано с отсутствием пространственного разделения вакансий и междоузельных атомов для метастабильных пар Френкеля, а, следовательно, и накопления многовакансионных комплексов.

7. Установлено, что внедрение атомов фтора приводит к ускоренному спонтанному окислению имплантированных образцов во время хранения при комнатной температуре.

Практическая значимость

  1. Сформулированы условия применения термооптического метода для контроля технологического процесса ионной имплантации (частота модуляции лазера, время одного измерения, интервал времени между имплантацией и измерением, предварительная обработка поверхности образца), позволяющие оптимизировать процесс измерения и устранить факторы, приводящие к дополнительной погрешности. В частности, показано, что времязависимые измерения дают возможность выявить эффекты, связанные как с отжигом дефектов во время измерения, так и с перезарядкой дефектных центров.

  2. Обнаруженный эффект ускоренного накопления радиационных дефектов при имплантации в кремний ионов фтора позволяет использовать эту операцию при создании сверхмелких р-n переходов (дефекты тормозят диффузию атомов бора) вместо предлагаемой в современной литературе комплексной процедуры - аморфизация с помощью ионов германия, а затем имплантация ионов фтора.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Использование высокочувствительной методики, основанной на термооптическом эффекте, для изучения приповерхностных структурных трансформаций может приводить к изменению параметров контролируемых дефектных центров (концентрация и зарядовое состояние) в процессе измерения.

  2. Отжиг радиационных дефектов в имплантированных слоях кремния наблюдается при комнатной температуре и носит длинновременной характер (год и более).

  1. Скорость накопления радиационных дефектов при ионной имплантации фтора зависит не только от массы, но и химической природы бомбардирующего иона.

  2. Ускоренное накопление радиационных дефектов при имплантации ионов фтора в кремний определяется вкладом метастабильных пар Френкеля в процесс дефектообразования. Этот вклад не сказывается на изменении дозы аморфизации, что связано с отсутствием пространственного разделения для этих метастабильных пар.

Апробация работы и публикации

Результаты работы были доложены и обсуждены на 5-ом Всероссийском семинаре "Радиационная физика металлов и сплавов" (г. Снежинск, Челябинской обл., 23 февраля по 1 марта, 2003 г.), 5-ой Международной конференции "Ion implantation and other applications of ions and electrons" (ION-2004, г. Казимерж Дольный, Польша, 14-17 июня, 2004 г.), 7-ом Всероссийском семинаре "Физические и физико-химические основы ионной имплантации" (ФФХОИИ-2004, Нижний Новгород, 26-29 октября, 2004 г.), 6-ом Всероссийском семинаре "Радиационная физика металлов и сплавов" (г. Снежинск, Челябинской обл., 20-26 февраля, 2005 г.), 8-й Международной конференции "Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий" (г. Обнинск, Калужской обл., 14-18 июня, 2005 г.), 17-ой Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью" (ISI-2005, г. Звенигород, Московской обл., 25-29 августа, 2005 г.), 14-ой Международной конференции "Surface modification of materials by ion beams" (SMMIB-2005, г. Кушадаси, Турция, 4-9 сентября, 2005 г.), 16-ой Международной конференции по электростатическим ускорителям и пучковым технологиям (ЭСУ-2006, г. Обнинск, Калужской обл., 6-8 июня, 2006 г.), 15-ой Международной конференции "Ion beam modification of materials" (IBMM-2006, г. Таормина, Италия, 18-22 сентября, 2006г.), 8-ом Всероссийском семинаре "Физические и физико-химические

11 основы ионной имплантации" (ФФХОИИ-2004, Нижний Новгород, 22-27 октября, 2006 г.).

В ходе подготовки диссертационной работы была получена премия Правительства Российской Федерации 2005 года в области науки и техники для молодых ученых, 3-я премия фонда Селии Элиотт, а также стипендия Правительства РФ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в реферируемых отечественных научных журналах и 10 докладов либо тезисов на международных конференциях. Список указанных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав и списка цитируемой литературы, изложена на 106 страницах, содержит 54 рисунка и 3 таблицы. Список литературы включает 51 наименования.

Подобные работы
Ланцова Ольга Юрьевна
Исследование влияния динамики и кинетики процессов самоорганизации структуры ступеней и островков псевдоморфных пленок на вицинальных поверхностях полупроводников
Апполонов Сергей Владимирович
Механизмы модификации электронной структуры, светоизлучающих свойств и состава поверхности пористого кремния в процессе водного дотравливания
Верозубова Галина Александровна
Дифосфид цинка-германия: синтез, кристаллизация и исследование дефектов структуры
Корнев Константин Петрович
Фотоэмиссионные исследования электронной структуры халькогенидных стеклообразных полупроводников
Соболев Михаил Михайлович
Электронно-зондовые исследования слоев GaA3 и структур на их основе
Петров Павел Вячеславович
Исследование A+ центров в двумерных структурах на основе GaAs
Дорохин Михаил Владимирович
Исследование свойств светоизлучающих эпитаксиальных GaAs структур, содержащих ферромагнитные слои
Азарян Р.Э.
Исследование физических процессов в многослойных полупроводниковых структурах, выключаемых током управления
Векслер Михаил Исаакович
Исследование электрофизических и оптических характеристик кремниевых МОП структур с туннельно-тонким диэлектриком
Каданцев Алексей Васильевич
Электрофизические методы исследования дефектов с глубокими уровнями в многослойных структурах на основе полупроводников

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net