Defects in high temperature and high pressure processed Si:N revealed by deuterium plasma treatment

Abstract

Deuterium is accumulated by defects in nitrogen-implanted silicon (Si:N). This effect is investigated for Si:N processed at HT ≤ 1400 K, also under enhanced hydrostatic pressure, HP ≤ 1.1 GPa. Si:N was prepared from Czochralski grown silicon by N₂⁺ implantation at E = 140 keV with nitrogen doses, DN = 1–1.8•10¹⁸ cm⁻². Si:N was subsequently processed in RF deuterium plasma to prepare Si:N,D. Si:N and Si:N,D were investigated by Transmission Electron Microscopy (TEM), X-ray and Secondary Ion Mass Spec- trometry (SIMS) methods, also after additional annealing at 723 K. In heavily implanted Si:N (DN = 1.8•1010¹⁸ cm⁻²), plasma treatment leads to deuterium pile up to сD1 = 2•10²¹ cm⁻³ at a depth, d = 50 nm, while, at d = 80–250 nm, deuterium concentration is practically constant with сD2 = 1•10²¹ cm⁻³. This suggests dominating accumulation of deuterium within the bubble-containing areas. Determination of deuterium depth profiles in Si:N,D can reveal implantation- and processing-induced defects.

В работе рассмотрены эффекты влияния обработки температурным отжигом (до 1400 K) и гидростатическим давлением (до 1.1 GPa) на дефектный состав SOI-структур (silicon-on-insulator) на основе образцов Si:N – материала, широко используемого в полупроводниковых технологиях. Были получены новые данные, свидетельствующие об образовании скрытых дефектосодержащих слоев в образцах кремния, имплантированного азотом, и подвергнутых обработке высокими температурами и давлениями. Такие структуры становятся центрами абсорбции дейтерия из плазмы – его накопление и распределение внутри образца зависят от микроструктуры материала. Таким образом, показано, что обработка в дейтериевой плазме с дальнейшим определением концентрационных профилей по глубине образца может быть полезной для оценки микроструктуры

У роботі розглянуто ефекти впливу обробки температурним відпалом (до 1400 K) і гідростатичним тиском (до 1.1 GPa) на дефектний склад SOI-структур (silicon-oninsulator) на основі зразків Si:N – матеріалу, широко використовуваного в напівпровідникових технологіях. Було отримано нові дані, що свідчать про утворення прихованих дефектовміщуючих шарів в зразках кремнію, імплантованого азотом, підданих обробці високими температурами та тиском. Такі структури стають центрами абсорбції дейтерію з плазми – його накопичення і розподіл усередині зразка залежать від мікроструктури матеріалу. Таким чином, показано, що обробка в дейтерієвій плазмі з подальшим визначенням концентраційних профілів по глибині зразка може бути корисною для оцінки мікроструктури Si:N-зразка, особливо зважаючи на потенційну застосовність в SOI-технологіях.