AKADEMIE DER WISSENSCHAFTEN DER DDR ZfK ...

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4.19. UNTERSUCHUNG VON STRAHLENSCHÄDEN IN ARGON- UND KOSPHORIMPLANTIERTEN
SILIZIUMKRISTALLEN
G. Götz, E. Glaser und F. Schwabe
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Sektion Physik
Mit ionometrischen Verfahren wird die Erzeugung und Ausheilung von Strahlenschäden
untersucht, die bei der Implantation von Argon- und Phosphorionen in Siliziumkristallen
entstehen. Die Implantation erfolgt bei konstanter Energie (200 keV)
P vi p О
und Dosisrate (0.5/uA/cm ). Variiert werden die Dosis (zwischen 7 • 10 Ionen/cm
und 1 • 10 1 ? Ionen/cm 2 ), die Implantationstemperatur (-196 °C, 20 °C, 200 °0,
400 °C) und dié Ausheiltemperatur (400 °0, 600 °C, 800 °C, 1030 °C).
Bei gleichen Implantationsbedingungen
ist die Menge der erzeugten
Strahlenschäden für beide Dopandenarten
annähernd gleich. Die Dosiswerte
für Amorphisierung betragen
z.B. bei der Implantationstemperatur
-196 °C für Argonionen
14 ?
1.6 • 10 Ionen/cm und für Phos-
14 2
phorionen 2.0 • 10 Ionen/cm . Sie
stimmen gut mit theoretischen Ergebnissen
überein [1],[2].
TAin'C
Abb. 1
Abhängigkeit der verbleibenden Defektkonzentration
von der Ausheiltemperatur und
Implantationsdosis zum Vergleich der Ausheilung
von Defektzentren in argon- und
phosphorimplantierten Siliziumschichten
des eine Temperatur von 600 U C erforderlich.
Die Ausheilung der Strahlenschäden
ist in argonimplantierten Schichten
in den meisten Fällen geringer als
in phosphorimplantierten Schichten.
Ein typisches Beispiel zeigt die
Abb. 1. Dargestellt ist die Tempe^
raturabhängigkeit der Defektzentrenkonzentration
für verschiedene Werte'
der Implantationsdosis n. Für n =
5 • 10 13 Ionen/cm 2 ist die Ausheilung
in argon- und phosphorimplantierten
Schichten nahezu identisch.
i Ц. p
Bei n = 1 • 10 Ionen/cm heilen
phosphorimplantierte Schichten
zwischen 20 °C und 400 °C aus. Für
argonimplantierte Schichten ist zur
Erzielung des gleichen Ausheilgra-
Noch krasser sind die Unterschiede in sehr hoch dotierten Schichten. Bei n =
5 - Ionen/cm 2 heilen phosphorimplantierte Schichten bis 800 °C aus. In
argonimplantierten Schichten erfolgt hingegen selbst bei einer Ausheiltemperatur
von 1030 °C nur eine Ausheilung von 5 % der Strahlenschäden.
Die Ursache für die unterschiedliche Wirkung von Argon- und Phosphorionen liegt
in der großen Differenz der Löslichkeitsgrenzen von Argon- und Phosphoratomen in
Siliziumkristallen. Die geringe Löslichkeit der Argonionen in Silizium verhindert
oder erschwert die Rekristallisation des Gitters bei der Ausheilung. Dieser
Effekt wird quantitativ durch TEM-Untersuchungen bestätigt [3].