Полиэнергетическая имплантация ионов гелия в кремний

В работе исследован метод полиэнергетической имплантации ионов гелия в монокристаллический кремний с целью формирования захоронённых слоёв высокой пористости, перспективных для создания структур типа «кремний на изоляторе». Создание захороненных пористых слоёв имплантацией ионов гелия и последующего высокотемпературного отжига весьма перспективно для дальнейшего получения структур «кремний ни на чём» и «кремний на изоляторе». Однако пористость захороненных слоёв ограничивают явления блистеринга и флекинга, вызывающие механические повреждения поверхностного кремния при больших дозах имплантации. Целью данной работы является увеличение дозы имплантации ионов гелия и, соответственно, увеличение пористости захороненного слоя после высокотемпературного отжига без ухудшения качества поверхностного кремниевого слоя. Представлен метод, заключающийся в создании протяженного концентрационного профиля с концентрацией 4∙10²¹ He⁺/см³ при последовательной имплантации энергиями 70 и 35 кэВ. Высокотемпературный отжиг 150°C /30 мин приводит к возникновению огромных пор диаметром примерно 130 нм вблизи первоначального концентрационного максимума для энергии 70 кэВ. Сделан вывод о том, что метод полиэнергетической имплантации позволяет существенно повысить дозу имплантации без возникновения поверхностных дефектов, а регулирование температуры отжига открывает возможности управления распределением и размером пор в захоронённом слое.

1. Raineri V., Fallica P.G., Percolla G. Gettering of metals by voids in silicon // Journal of Applied Physics, 1995. V.78. Iss.6. P. 3727–3735.

2. Griffioen C. C., Evans J. H., de Jong P. C. The annealing of helium-induced cavities in silicon and the inhibiting role of oxygen // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1987, V.27. Iss 3. P.360-363.

3. Evans J. H. Mechanisms of void coarsening in helium implanted silicon // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2002. V.196 (1-2), P. 125-134.

4. Hasanuzzaman M., Haddara Y. M. , Knights A.P. A mathematical model for void evolution in silicon by helium implantation and subsequent annealing process // Journal of Applied Physics, 2012. V. 112 . № 6. P. 064302- 064312. Doi: 10.1063/1.4751437

5. Александров П.А., Емельяненко О.Е., Шемардов С.Г., Хмеленин Д.Н., Васильев А.Л.. Проблемы высокодозной ионной имплантации ионов гелия в кремний // Кристаллография, 2024, Т.69. № 3, С.494-504. Doi: 10.31857/S0023476124030155

6. Lockwood D. J., Labbé H. J., Siegele R., Haugen H. K. Visible photoluminescence from helium-ion implanted carbon in silicon. // Applied Physics Letters, 1995. V.78 (10), P. 6185-6188.

7. Ogura A. Formation of patterned buried insulating layer in Si substrates by Не+ implantation and annealing in oxidation atmosphere // Applied Physics Letters, 2003. V.82(25), P.4480–4482. Doi:10.1063/1.1586783

8. Beaufort M.F., Pizzagalli L., Gandy A.S. Solid-phase epitaxial regrowth of amorphous silicon containing helium bubbles // Journal of Applied Physics, 2008. V.104. iss.9. Art. number 094905. Doi: 10.1063/1.3009383

9. Vishnyakov V.M., Donnelly S.E., Carter G.. The use of cavities for gettering in silicon microelectronic devices // Journal of Applied Physics, 2003. V.94. P.422-426.