RU2523732C1 - Method of creating shallowly-lying nanosized alloyed layers in silicon - Google Patents

Method of creating shallowly-lying nanosized alloyed layers in silicon Download PDF

Info

Publication number
RU2523732C1
RU2523732C1 RU2013103888/28A RU2013103888A RU2523732C1 RU 2523732 C1 RU2523732 C1 RU 2523732C1 RU 2013103888/28 A RU2013103888/28 A RU 2013103888/28A RU 2013103888 A RU2013103888 A RU 2013103888A RU 2523732 C1 RU2523732 C1 RU 2523732C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
film
chemical compound
lying
alloyed
Prior art date
Application number
RU2013103888/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Федорович Вяткин
Владимир Иосифович Зиненко
Юрий Андреевич Агафонов
Владимир Васильевич Сарайкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН)
Федеральное государственное унитарное предприятие "научно-исследовательский институт Физических проблем им. Ф.В. Лукина (ФГУП НИИФП им. Ф.В. Лукина)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН), Федеральное государственное унитарное предприятие "научно-исследовательский институт Физических проблем им. Ф.В. Лукина (ФГУП НИИФП им. Ф.В. Лукина) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН)
Priority to RU2013103888/28A priority Critical patent/RU2523732C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2523732C1 publication Critical patent/RU2523732C1/en

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of creating shallowly-lying nanosized alloyed layers in silicon includes application on silicon of a thin film of a chemical compound of an alloyed element from a gas phase, irradiation of the obtained structure by a beam of ions and removal of the film residues from the surface; novelty of the method consists in carrying out the process directly in a chamber of ionic irradiation with preliminary cooling the silicon substrate to a temperature lower than the temperature of melting of the chemical compound of the alloyed element, with application of the thin film on silicon from the gas phase being carried out by input in the chamber of ionic irradiation of a gaseous chemical compound of the alloyed element and removal of the film residues after ionic irradiation at the said temperature by heating the silicon substrate.
EFFECT: simplification of technology with simultaneous improvement of quality of created shallowly-lying nanosized alloyed layers in silicon.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии микроэлектроники и может быть использовано для получения тонкого легированного примесью слоя в кремнии для создания мелко залегающих p-n-переходов.The invention relates to the field of microelectronics technology and can be used to obtain a thin doped impurity layer in silicon to create shallow pn junctions.

Тенденция современной микроэлектроники - постоянное уменьшение геометрических размеров элементов микросхем как в латеральном, так и в вертикальном направлении. Переход к нанометровым размерам элементов микросхем исключает применение мокрых (химических) методов, имеющих низкую разрешающую способность, и требует их замены на сухие (плазменные, ионно-пучковые) методы в технологических процессах изготовления микросхем. Повышение надежности, экономичности, воспроизводимости диктует необходимость уменьшения количества технологических операций. При этом возникают большие трудности с формированием мелко залегающих p-n-переходов (глубина залегания единицы-десятки нанометров). Используя традиционную для технологии микроэлектроники ионную имплантацию, трудно решить эту проблему, так как для уменьшения пробега ионов примеси, имплантируемых в материал, необходимо уменьшать энергию ионов. Формирование пучков ионов низкой энергии (меньше 5 кэВ) - это большая техническая проблема, особенно для легких ионов (например, ионов бора). Альтернативным способом ультрамелкого легирования, позволяющим решить эту задачу, является метод имплантации атомов отдачи примеси из тонкой пленки, нанесенной на поверхность материала при бомбардировке ее ионным пучком.The tendency of modern microelectronics is the constant decrease in the geometric dimensions of chip elements in both the lateral and vertical directions. The transition to nanometer sizes of chip elements eliminates the use of wet (chemical) methods that have a low resolution, and requires their replacement with dry (plasma, ion-beam) methods in the technological processes of manufacturing chips. Improving reliability, efficiency, reproducibility dictates the need to reduce the number of technological operations. In this case, great difficulties arise with the formation of shallow p-n junctions (the depth of the unit is a few tens of nanometers). Using ion implantation, which is traditional for microelectronics technology, it is difficult to solve this problem, since to reduce the path of impurity ions implanted into the material, it is necessary to reduce the ion energy. The formation of low energy ion beams (less than 5 keV) is a big technical problem, especially for light ions (for example, boron ions). An alternative method of ultrafine alloying, which allows this problem to be solved, is the method of implantation of impurity recoil atoms from a thin film deposited on the surface of a material when bombarded by an ion beam.

Известен способ получения мелко залегающих слоев атомов бора в кремнии методом имплантации атомов отдачи [Henley L. Liu, Steven S. Gearhard, John H. Booske, Reid F. Cooper «Recoil implantation method for ultrashallow p +/n junction formation», Journal of Applied Physics, v.87, №4, p.1957, 2000]. Способ заключается в нанесении на кремниевую подложку пленки бора методом магнетронного напыления в отдельной вакуумной установке, переносе полученной структуры в камеру ионного облучения, бомбардировке структуры пучком ионов германия, переносе облученной структуры в установку химического травления, удалении остатков пленки химическим травлением в горячем растворе азотной кислоты. Азотная кислота практически не травит кремний, но поскольку приповерхностный слой кремния сильно обогащен атомами бора, то нет четкой границы пленка-кремний и неизбежно частичное стравливание приповерхностного слоя кремния из-за невозможности точно определить время окончания процесса травления или, наоборот, неполное удаление пленки. Неопределенность времени окончания процесса стравливания пленки по глубине может составлять единицы нанометров, что сравнимо с требуемой глубиной залегания профиля атомов отдачи бора в кремнии.There is a method of producing finely buried layers of boron atoms in silicon by the method of recoil implantation [Henley L. Liu, Steven S. Gearhard, John H. Booske, Reid F. Cooper "Recoil implantation method for ultrashallow p + / n junction formation", Journal of Applied Physics, v. 87, No. 4, p. 1957, 2000]. The method consists in applying a boron film to a silicon substrate by magnetron sputtering in a separate vacuum unit, transferring the resulting structure to an ion irradiation chamber, bombarding the structure with a germanium ion beam, transferring the irradiated structure to a chemical etching unit, and removing film residues by chemical etching in a hot nitric acid solution. Nitric acid practically does not etch silicon, but since the near-surface silicon layer is highly enriched with boron atoms, there is no clear film-silicon boundary and a partial etching of the near-surface silicon layer is inevitable due to the inability to accurately determine the end time of the etching process or, conversely, incomplete film removal. The uncertainty in the time of completion of the process of etching the film in depth can be several nanometers, which is comparable with the required depth of the profile of boron recoil atoms in silicon.

Недостатком известного способа является сложность из-за проведения его стадий в разных установках, а также невозможность стабильного получения воспроизводимых концентрационных профилей бора в кремнии из-за применения для удаления остатков пленки химических методов травления.The disadvantage of this method is the complexity due to the stages in different plants, as well as the impossibility of stable production of reproducible concentration profiles of boron in silicon due to the use of chemical etching methods to remove film residues.

Известен принятый за прототип, способ получения мелкозалегающих наноразмерных слоев атомов бора в кремнии [В.И. Зиненко, Ю.А. Агафонов, А.Ф. Вяткин, А.Н. Пустовит. ″Получение мелкозалегающих профилей распределения атомов бора в кремнии методом имплантации атомов отдачи″, Вестник Нижегородского университета, серия Физика твердого тела, вып.1(8), (2005), 5-8], включающий нанесение из паровой фазы на кремний тонкой пленки, содержащей бор в виде химического соединения (BCl3) путем экспонирования кремния в парах BCl3 в течение 5-20 минут при давлении паров BCl3 20-35 кПа в отдельной установке, перенос получившейся структуры в камеру ионного облучения, бомбардировку структуры пучком ионов аргона, перенос облученной структуры в установку химического травления, удаление остатков пленки химическим травлением в 5% растворе плавиковой кислоты.Known adopted for the prototype, a method for producing fine-lying nanoscale layers of boron atoms in silicon [V.I. Zinenko, Yu.A. Agafonov, A.F. Vyatkin, A.N. It’s empty. ″ Obtaining fine-lying distribution profiles of boron atoms in silicon by the implantation of recoil atoms ″, Bulletin of the University of Nizhny Novgorod, Solid State Physics Series, issue 1 (8), (2005), 5-8], including the application of a thin film from the vapor phase on silicon, containing boron in the form of a chemical compound (BCl 3 ) by exposing silicon in BCl 3 vapor for 5-20 minutes at a vapor pressure of BCl 3 of 20-35 kPa in a separate installation, transferring the resulting structure to an ion irradiation chamber, bombarding the structure with an argon ion beam, transfer of irradiated with ruktury installation in chemical etching, removing the film residue by chemical etching in 5% hydrofluoric acid solution.

Однако недостатком известного способа является сложность из-за проведения его стадий в разных установках и процедуры подбора необходимых параметров процесса нанесения пленки, а также невозможности регулирования толщины пленки, что влияет на качество создаваемых мелко залегающих наноразмерных слоев бора в кремнии.However, the disadvantage of this method is the complexity due to its stages in different installations and the selection procedure for the necessary parameters of the film deposition process, as well as the inability to control the film thickness, which affects the quality of the created fine-lying nanoscale boron layers in silicon.

Предложенное изобретение решает задачу упрощения технологии с одновременным улучшением качества создаваемых мелко залегающих наноразмерных легированных слоев в кремнии.The proposed invention solves the problem of simplifying the technology while improving the quality of the created finely deposited nanoscale doped layers in silicon.

Поставленная задача решается способом создания мелко залегающих наноразмерных легированных слоев в кремнии, включающим в себя нанесение из газовой фазы на кремний тонкой пленки химического соединения легируемого элемента, облучение полученной структуры пучком ионов и удаление остатков пленки с поверхности, новизна которого заключается в том, что процесс проводят непосредственно в камере ионного облучения, предварительно подложку кремния охлаждают до температуры ниже температуры плавления химического соединения легируемого элемента, а нанесение из газовой фазы на кремний тонкой пленки производят путем напуска в камеру ионного облучения газообразного химического соединения легируемого элемента и после ионного облучения при этой температуре удаление остатков пленки проводят нагревом подложки кремния.The problem is solved by the method of creating fine-lying nanoscale doped layers in silicon, which includes applying a thin film of a chemical compound of a doped element from the gas phase onto silicon, irradiating the resulting structure with an ion beam and removing film residues from the surface, the novelty of which is that the process is carried out directly in the ion irradiation chamber, the silicon substrate is preliminarily cooled to a temperature below the melting point of the chemical compound of the doped element This, and applying a thin film from the gas phase to silicon, is carried out by injecting a gaseous chemical compound of the doped element into the ion irradiation chamber, and after ion irradiation at this temperature, the remnants of the film are removed by heating the silicon substrate.

Технический результат при этом заключается в получении пленок с возможностью регулировки их толщины для оптимизации параметров профиля мелко залегающих слоев примеси в материале и последующего удаления пленки без нарушения приповерхностных слоев материала с одновременным упрощением технологии за счет проведения всех процессов в одной камере ионного облучения.The technical result in this case is to obtain films with the possibility of adjusting their thickness to optimize the profile parameters of shallow impurity layers in the material and subsequent removal of the film without disturbing the surface layers of the material while simplifying the technology by carrying out all processes in one ion irradiation chamber.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение не известно из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».Analysis of the known technical solutions allows us to conclude that the proposed invention is not known from the level of the studied technology, which indicates its compliance with the criterion of "novelty."

Сущность настоящего изобретения для специалистов не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «избирательный уровень».The essence of the present invention for specialists does not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that it meets the criterion of "selective level".

Возможность получения мелко залегающих профилей наноразмерных легированных слоев в кремнии из доступных промышленно выпускаемых компонентов на традиционном оборудовании с помощью предлагаемого способа свидетельствует о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».The ability to obtain shallow-lying profiles of nanoscale alloyed layers in silicon from available commercially available components using traditional equipment using the proposed method indicates that the invention meets the criterion of "industrial applicability".

На фиг.1 приведен профиль распределения атомов 11B в исследованном образце кремния.Figure 1 shows the distribution profile of 11 B atoms in the studied silicon sample.

Приведенные примеры подтверждают, но не ограничивают предлагаемое изобретение.The above examples confirm, but do not limit the invention.

ПРИМЕР 1. Создание мелко залегающих наноразмерных слоев атомов бора в кремнии из трифторида бора (BF3).EXAMPLE 1. The creation of fine-lying nanoscale layers of boron atoms in silicon from boron trifluoride (BF 3 ).

Образец из монокристаллического кремния Si (100) крепился на столике, являющемся стенкой криостата. Для измерения температуры образца к столику была закреплена хромель-алюмелиевая термомара. Криостат с образцом помещался в вакуумную камеру ионного имплантера и камера с криостатом откачивалась до давления 1,3·10-4Па (~ 1·10-6 мм рт.ст.). После этого криостат заполнялся жидким азотом и ~ через 40 минут образец охлаждался до температуры -170°C (температура плавления BF3 составляет -128,3°C). Далее из баллона с газообразным BF3 через натекатель в вакуумную камеру производился напуск газообразного BF3 таким образом, что парциальное давление BF3 в вакуумной камере выдерживалось на уровне 4·10° Па в течение 20 секунд. За это время на поверхности кремниевого образца конденсировалась твердотельная пленка из молекул BF3. После этой процедуры кремниевый образец с пленкой BF3 подвергался облучению пучком ионов аргона с энергией 40 кэВ и плотностью тока пучка 2 мкА/см2 в течение 65 секунд, что соответствовало набранной дозе ионов аргона 2,2·1014 ион/см2. Благодаря явлению имплантации атомов отдачи происходило внедрение атомов бора из пленки BF3 в кремний. После окончания облучения для удаления остатков пленки образец кремния отогревался до комнатной температуры.A single crystal silicon Si (100) sample was mounted on a stage, which is the wall of the cryostat. To measure the temperature of the sample, a chromel-alumel thermomar was fixed to the table. The cryostat with the sample was placed in the vacuum chamber of the ion implant and the chamber with the cryostat was pumped out to a pressure of 1.3 · 10 -4 Pa (~ 1 · 10 -6 mm Hg). After that, the cryostat was filled with liquid nitrogen and ~ after 40 minutes, the sample was cooled to a temperature of -170 ° C (melting point BF 3 is -128.3 ° C). Next, from a cylinder of BF 3 gas through the leak valve into the vacuum chamber was made corbelling BF 3 gas so that the partial pressure of BF 3 in the vacuum chamber was maintained at 4 x 10 ° Pa for 20 seconds. During this time, a solid-state film of BF 3 molecules condenses on the surface of a silicon sample. After this procedure, a silicon sample with a BF 3 film was subjected to irradiation with a beam of argon ions with an energy of 40 keV and a beam current density of 2 μA / cm 2 for 65 seconds, which corresponded to a collected dose of argon ions of 2.2 · 10 14 ion / cm 2 . Due to the implantation of recoil atoms, the introduction of boron atoms from the BF 3 film into silicon took place. After irradiation, the silicon sample was warmed up to room temperature to remove film residues.

Проверка наличия атомов бора в кремнии была подтверждена анализом, проведенным методом вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС) на масс-спектрометре Cameca IMS-4F (Фиг.1). Приведенный профиль распределения атомов 11B в исследованном образце кремния показывает, что атомы бора расположены в узкой приповерхностной области кремния толщиной ~ 30 нм на уровне концентрации 1·1018 ат/см3. Концентрация атомов бора в максимуме составляет 2,2·1020 ат/см3, данная концентрация вполне достаточна для формирования p-n-переходов в различных типах микроэлектронных приборов. Тот факт, что максимум распределения бора начинается не на поверхности кремния, а отстоит от нее (глубже на 3 нм), свидетельствует о том, что остатки пленки BF3 были полностью удалены.Checking the presence of boron atoms in silicon was confirmed by analysis performed by the method of secondary ion mass spectrometry (SIMS) on a mass spectrometer Cameca IMS-4F (Figure 1). The above distribution profile of 11 B atoms in the studied silicon sample shows that boron atoms are located in a narrow surface region of silicon with a thickness of ~ 30 nm at a concentration level of 1 · 10 18 at / cm 3 . The concentration of boron atoms at the maximum is 2.2 · 10 20 at / cm 3 , this concentration is quite sufficient for the formation of pn junctions in various types of microelectronic devices. The fact that the maximum distribution of boron does not begin on the silicon surface, but is separated from it (deeper by 3 nm), indicates that the remnants of the BF 3 film were completely removed.

Параметры концентрационного профиля распределения бора (положение максимума распределения и максимальная концентрация) можно регулировать, изменяя толщину сконденсированной на кремнии пленки (за счет изменения времени экспонирования кремния в газовой среде BF3), а также выбором типа первичных ионов для облучения полученной структуры, их энергии и дозы облучения.The parameters of the concentration profile of boron distribution (the position of the distribution maximum and maximum concentration) can be controlled by changing the thickness of the film condensed on silicon (by changing the exposure time of silicon in a BF 3 gas medium), as well as by choosing the type of primary ions to irradiate the resulting structure, their energy and radiation doses.

ПРИМЕР 2. Создание мелко залегающих наноразмерных слоев атомов бора в кремнии из трихлорида бора (BCl3)EXAMPLE 2. The creation of fine-lying nanoscale layers of boron atoms in silicon from boron trichloride (BCl 3 )

Образец из монокристаллического кремния (Si (100) крепился на столике, являющимся стенкой криостата. Для измерения температуры образца к столику была закреплена хромель-алюмелиевая термомара. Криостат с образцом помещался в вакуумную камеру ионного имплантера и камера с криостатом откачивалась до давления 1,3·10-4Па (~ 1·10-6 мм рт.ст.). После этого криостат заполнялся жидким азотом и ~ через 40 минут образец охлаждался до температуры -170°C (температура плавления BCl3 составляет -107°C). Далее из ампулы с жидким BCl3 через натекатель в вакуумную камеру проводился напуск паров BCl3 таким образом, что парциальное давление паров BCl3 в вакуумной камере выдерживалось на уровне 4·10-3 Па в течение 30 секунд. За это время на поверхности кремниевого образца конденсировалась твердотельная пленка из молекул BCl3. После этой процедуры кремниевый образец с пленкой BCl3 подвергался облучению пучком ионов аргона с энергией 40 кэВ и плотностью тока пучка 2 мкА/см2 в течение 147 секунд, что соответствовало набранной дозе ионов аргона 5-1014 ион/см2. Благодаря явлению имплантации атомов отдачи происходило внедрение атомов бора из пленки BCl3 в кремний. После окончания облучения для удаления остатков пленки образец кремния нагревался до температуры 200°C и выдерживался при этой температуре в течение 5 минут. Проверка наличия атомов бора в кремнии была подтверждена анализом, проведенным методом вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС) на масс-спектрометре Cameca IMS-4F. Полученный профиль распределения концентрации атомов бора в кремнии подобен приведенному на Фиг.1 (максимум распределения располагается на глубине 2-3 нм, но концентрация в максимуме составляет ~7·1020 ат/см3, а ширина профиля распределения на уровне концентрации 1·1018 ат/см3 составляет ~ 35 нм). Сравнение параметров распределения концентрации атомов бора в кремнии из примеров 1 и 2 показывает, что, меняя время экспонирования образца кремния в газовой среде и дозу первичных ионов, можно управлять параметрами концентрационного профиля атомов бора в кремнии.A single-crystal silicon (Si (100)) sample was mounted on a stage, which is the wall of the cryostat. To measure the temperature of the sample, a chromel-alumel thermomar was fixed to the stage. The cryostat with the sample was placed in the vacuum chamber of the ion implant and the chamber with the cryostat was pumped out to a pressure of 1.3 10 -4 Pa (~ 1 · 10 -6 mm Hg). After this, the cryostat was filled with liquid nitrogen and ~ after 40 minutes the sample was cooled to -170 ° C (the melting point of BCl 3 is -107 ° C). from an ampoule with liquid BCl 3 through a leak to a vacuum chamber BCl 3 vapor was inflated in such a way that the partial pressure of BCl 3 vapor in the vacuum chamber was maintained at 4 · 10 -3 Pa for 30 seconds, during which time a solid film of BCl 3 molecules condensed on the surface of the silicon sample. a sample with a BCl 3 film was irradiated with a beam of argon ions with an energy of 40 keV and a beam current density of 2 μA / cm 2 for 147 seconds, which corresponded to the collected dose of argon ions 5-10 14 ion / cm 2 . Due to the implantation of recoil atoms, the introduction of boron atoms from the BCl 3 film into silicon took place. After irradiation, to remove film residues, the silicon sample was heated to a temperature of 200 ° C and kept at this temperature for 5 minutes. Verification of the presence of boron atoms in silicon was confirmed by analysis performed by secondary ion mass spectrometry (SIMS) on a Cameca IMS-4F mass spectrometer. The obtained distribution profile of the concentration of boron atoms in silicon is similar to that shown in Figure 1 (the distribution maximum is located at a depth of 2-3 nm, but the concentration at the maximum is ~ 7 · 10 20 at / cm 3 and the width of the distribution profile at the concentration level is 1 · 10 18 at / cm 3 is ~ 35 nm). A comparison of the distribution parameters of the concentration of boron atoms in silicon from examples 1 and 2 shows that by changing the exposure time of a silicon sample in a gas medium and the dose of primary ions, it is possible to control the parameters of the concentration profile of boron atoms in silicon.

ПРИМЕР 3. Создание мелко залегающих наноразмерных слоев атомов кислорода в кремнии из газообразного CO2.EXAMPLE 3. The creation of fine-lying nanoscale layers of oxygen atoms in silicon from gaseous CO 2 .

Образец из монокристаллического кремния (Si (100) крепился на столике, являющемся стенкой криостата. Для измерения температуры образца к столику была закреплена хромель-алюмелиевая термомара. Криостат с образцом помещался в вакуумную камеру ионного имплантера и камера с криостатом откачивалась до давления 1,3·10-4 Па (~ 1·10-6 мм рт.ст.). После этого криостат заполнялся жидким азотом и ~ через 40 минут образец охлаждался до температуры -170°C (температура сублимации CO2 составляет -78°C). Далее из баллона с газообразным CO2 через натекатель в вакуумную камеру производился напуск газообразного CO2 таким образом, что парциальное давление CO2 в вакуумной камере выдерживалось на уровне 4·10-3 Па в течение 15 секунд. За это время на поверхности кремниевого образца конденсировалась твердотельная пленка из молекул CO2. После этой процедуры кремниевый образец с пленкой CO2 подвергался облучению пучком ионов аргона с энергией 40 кэВ и плотностью тока пучка 2 мкА/см2 в течение 120 секунд. Благодаря явлению имплантации атомов отдачи происходило внедрение атомов кислорода из пленки CO2 в кремний. После окончания облучения для удаления остатков пленки образец кремния отогревался до комнатной температуры.A single-crystal silicon (Si (100)) sample was mounted on a stage, which is the wall of the cryostat. To measure the temperature of the sample, a chromel-alumel thermometer was mounted on the stage. A cryostat with the sample was placed in the vacuum chamber of the ion implant and the chamber with the cryostat was pumped out to a pressure of 1.3 10 -4 Pa (~ 1 · 10 -6 mm Hg). After this, the cryostat was filled with liquid nitrogen and ~ after 40 minutes the sample was cooled to a temperature of -170 ° C (sublimation temperature of CO 2 is -78 ° C). from a cylinder with gaseous CO 2 through a leak to a vacuum chamber a measure was made of gaseous CO 2 in such a way that the partial pressure of CO 2 in the vacuum chamber was maintained at 4 · 10 -3 Pa for 15 seconds, during which time a solid film of CO 2 molecules condensed on the surface of the silicon sample. a sample with a CO 2 film was irradiated with a beam of argon ions with an energy of 40 keV and a beam current density of 2 μA / cm 2 for 120 seconds. Due to the implantation of recoil atoms, oxygen atoms were introduced from the CO 2 film into silicon. After irradiation, the silicon sample was warmed up to room temperature to remove film residues.

Проверка наличия атомов кислорода в кремнии была подтверждена анализом, проведенным методом вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС) на масс-спектрометре Cameca IMS-4F. Приведенный профиль распределения атомов кислорода в исследованном образце кремния показывает, что атомы кислорода расположены в узкой приповерхностной области кремния толщиной ~ 25 нм на уровне концентрации 1018 ат/см3. Концентрация атомов кислорода в максимуме составляет порядка 1·1021 ат/см3.The verification of the presence of oxygen atoms in silicon was confirmed by analysis carried out by the method of secondary ion mass spectrometry (SIMS) on a Cameca IMS-4F mass spectrometer. The above distribution profile of oxygen atoms in the studied silicon sample shows that oxygen atoms are located in a narrow surface region of silicon with a thickness of ~ 25 nm at a concentration level of 10 18 at / cm 3 . The concentration of oxygen atoms in the maximum is about 1 · 10 21 at / cm 3 .

Как видно из приведенных примеров, предлагаемое изобретение позволяет получить пленки с возможностью регулировки их толщины для оптимизации параметров профиля мелко залегающих слоев примеси в материале и последующего удаления пленки без нарушения приповерхностных слоев материала с одновременным упрощением технологии за счет проведения всех процессов в одной камере ионного облучения.As can be seen from the above examples, the present invention allows to obtain films with the possibility of adjusting their thickness to optimize the profile parameters of shallow impurity layers in the material and subsequent removal of the film without disturbing the surface layers of the material while simplifying the technology by carrying out all processes in one ion irradiation chamber.

Claims (1)

Способ создания мелко залегающих наноразмерных легированных слоев в кремнии, включающий в себя нанесение из газовой фазы на кремний тонкой пленки химического соединения легируемого элемента, облучение полученной структуры пучком ионов и удаление остатков пленки с поверхности, отличающийся тем, что процесс проводят непосредственно в камере ионного облучения, предварительно подложку кремния охлаждают до температуры ниже температуры плавления химического соединения легируемого элемента, а нанесение из газовой фазы на кремний тонкой пленки производят путем напуска в камеру ионного облучения газообразного химического соединения легируемого элемента и после ионного облучения при этой температуре удаление остатков пленки проводят нагревом подложки кремния. A method of creating finely deposited nanoscale doped layers in silicon, including applying from the gas phase to silicon a thin film of a chemical compound of the doped element, irradiating the resulting structure with an ion beam and removing film residues from the surface, characterized in that the process is carried out directly in the ion irradiation chamber, preliminarily, the silicon substrate is cooled to a temperature below the melting point of the chemical compound of the alloyed element, and thin-layer deposition of silicon from the gas phase lenks are produced by injecting a gaseous chemical compound of the doped element into the ion irradiation chamber and after ion irradiation at this temperature, the remnants of the film are removed by heating the silicon substrate.
RU2013103888/28A 2013-01-30 2013-01-30 Method of creating shallowly-lying nanosized alloyed layers in silicon RU2523732C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013103888/28A RU2523732C1 (en) 2013-01-30 2013-01-30 Method of creating shallowly-lying nanosized alloyed layers in silicon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013103888/28A RU2523732C1 (en) 2013-01-30 2013-01-30 Method of creating shallowly-lying nanosized alloyed layers in silicon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2523732C1 true RU2523732C1 (en) 2014-07-20

Family

ID=51217826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013103888/28A RU2523732C1 (en) 2013-01-30 2013-01-30 Method of creating shallowly-lying nanosized alloyed layers in silicon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2523732C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115078431A (en) * 2022-06-16 2022-09-20 中国核动力研究设计院 Preparation method of transmission electron microscope sample based on zirconium alloy after self-ion irradiation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2437963C1 (en) * 2010-04-12 2011-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") Procedure for application of nano-composite coating on surface of steel item
US20120018702A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 The Regents Of The University Of California Surface and gas phase doping of iii-v semiconductors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2437963C1 (en) * 2010-04-12 2011-12-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") Procedure for application of nano-composite coating on surface of steel item
US20120018702A1 (en) * 2010-07-26 2012-01-26 The Regents Of The University Of California Surface and gas phase doping of iii-v semiconductors

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Diffusion and activation of ultrashallow B implants in silicon on insulator: End-of-range defect dissolution and the buried Si/SiO2 interface//J. J. Hamilton et al.//APPLIED PHYSICS LETTERS, 2006, #89(4), pp.042111(1)-042111(3). *
Plasma etching selectivity of ZrO2 to Si in BCl3/Cl2 plasmas//Lin Sha et al.//J. Vac. Sci. Technol., 2003, #A 21(6), pp.1915-1922. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115078431A (en) * 2022-06-16 2022-09-20 中国核动力研究设计院 Preparation method of transmission electron microscope sample based on zirconium alloy after self-ion irradiation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10249498B2 (en) Method for using heated substrates for process chemistry control
KR101492533B1 (en) Techniques for forming shallow junctions
US20090042369A1 (en) Method and structure using selected implant angles using a linear accelerator process for manufacture of free standing films of materials
KR20110082007A (en) Defect-free junction formation using octadecaborane self-amorphizing implants
JP6019106B2 (en) Method for forming a crack in a material
TW200423185A (en) Method of introducing impurity
RU2523732C1 (en) Method of creating shallowly-lying nanosized alloyed layers in silicon
Kleinfelder et al. Impurity distribution profiles in ion-implanted silicon
US6554950B2 (en) Method and apparatus for removal of surface contaminants from substrates in vacuum applications
Kudriavtsev et al. The formation of porous silicon by irradiation with low-energy ions
Current Perspectives on low-energy ion (and neutral) implantation
Sporre et al. In-situ Sn contamination removal by hydrogen plasma
Krat et al. Helium accumulation in tungsten layers deposited in Ar-He magnetron discharge
CN108885998B (en) Epitaxial wafer manufacturing method and epitaxial wafer
TW200947534A (en) Method for forming cooled cleaving implant
CN103000502A (en) Method for implementing aluminum diffusion on silicon wafer
Gale et al. Recoil implantation using gas-phase precursor molecules
Hu et al. In situ spectroscopic ellipsometry studies of hydrogen ion bombardment of crystalline silicon
Mizuno Fabrication of Source and Drain—Ultra Shallow Junction
Razali Phosphorus activation and diffusion in germanium
JPS5992997A (en) Method for forming thin film using molecular beam epitaxial growth method
Stepanov et al. Fabrication and applications of thin silicon and germanium layers with implanted silver nanoparticles
Xi-Feng et al. Study of the lateral distribution of neodymium ions implanted in silicon
Qin et al. Study of Damage Engineering—Quantitative Scatter Defect Measurements of Ultralow Energy Implantation Doping Using the Continuous Anodic Oxidation Technique/Differential Hall Effect
Qin et al. Investigation of the Transverse Spread of Neodymium Ions Implanted in SOI