Высокодозная имплантация ионов гелия малой энергией

Рассматривается вопрос высокодозной имплантации ионов гелия малой энергии (24 кэВ). В этом случае средний проецируемый пробег находится на глубине 20-30 нм от поверхности образца. Имплантация ионов гелия в кремний весьма привлекательна для создания захороненных пористых слоёв в кремнии при последующем высокотемпературном отжиге. Естественным способом увеличение пористости захороненного слоя является увеличение дозы имплантации. Однако этому препятствуют радиационные повреждения поверхностного кремния (блистеринг и флекинг), приводящие к невозможности создания в последнем электронных приборов. Поскольку при уменьшении энергии имплантации имплантационный профиль внедрённых ионов гелия приближается к поверхности подложки, то возрастает доля вакансий и слабосвязанных приповерхностных атомов, влияющих на протекание диффузионных процессов и значительно изменяются прочностные характеристики поверхностного слоя, включающего в себя пористый слой. Появляется возможность имплантировать значительно большие дозы ионов гелия без механических нарушений поверхностного кремния. В работе представлены результаты исследования захороненного пористого слоя после имплантации дозы 1.75∙10¹⁷ He⁺/см² при энергии 24 кэВ и последующего высокотемпературного отжига при температуре 1150^о C в течение 30 минут. Огромные поры диаметром 120-170 нм возникают в области первоначального концентрационного максимума. Пористость этого слоя достигает 50%.

1. 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.

2. Siegele R., Weatherly G.C., Haugen H.K.. Visible photoluminescence from helium-ion implanted carbon in silicon // Applied Physics Letters, 1995. V.78 (10). C.6185-6188. DOI: 10.1063/1.115275

3. Чесноков Ю. М., Александров П. А., Белова Н. Е. Исследование микроструктуры слоев кремния-на-сапфире после имплантации He+ и последующей термообработки // Кристаллография, 2017. T. 62. №4. C. 613-617 .

4. Александров П. А., Демаков К. Д., Шемардов С. Г., Белова Н. Е. Применение ионной имплантации для модификации эпитаксиальных систем кремний-на-сапфире, их структура и свойства // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2017 . Т.8, С.5-16.

5. С. Г. Шемардов, В. Н. Беклемишев, П. А. Александров и др. Полиэнергетическая имплантация ионов гелия в кремний // Вестник Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ", 2025. Т. 14, № 5. С. 452-456.

6. Rudenko T.E., Nazarov A.N., Lysenko V.S.. The advancement of silicon-on-insulator (SOI) devices and their basic properties // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, 2020. V. 23, № 3. P. 227-252.

7. 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(3). P. 360-363.

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. Art. number 094905. DOI:10.1063/1.3009383

9. Donnelly S.E., Vishnyakov V.M., Carter G. et al. The use of cavities for gettering in silicon microelectronic devices // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2003. V. 206(7). P. 422-426.

10. 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

11. 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.

12. 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