ВЛИЯНИЕ ДОЗ ИМПЛАНТАЦИИ 100 кэВ ФОСФОРОМ НА

УДК 621.382
ПОДВАЛЬНЫЙ Л.С., ПЛАКСИН С.Е.
ВЛИЯНИЕ ДОЗ ИМПЛАНТАЦИИ 100 кэВ ФОСФОРОМ
НА ФЛИККЕР - ШУМ В p-Si
Институт микроэлектроники и информатики РАН,
Российская Федерация, 150007, Ярославль,Университетская ул.,21,
Тел / Факс (8-085-2) 24-65-52
Цель работы - исследование влияния доз имплантации на
низкочастотный токовый шум в тонких ионно-легированных слоях в
кремнии КДБ-10, имплантированного ионами фосфора с энергией 100 кэВ
без термообработки пластин.
В работе используется шумовой метод - метод фликкер-шумовой
спектроскопии (ФШС). Метод ФШС основан на определении спектра
шума, т. е. зависимости спектральной плотности флуктуаций (СПФ)
S
(
¦
)
слоевого
сопротивления
r
от
частоты
¦.
Облучение
проводилось
rs
s
дозами в интервале Ф = 1´1011 - 5´1015 см -2.
Измерения
низкочастотных
токовых
шумов
проводились
высокоточным двухкомбинационным четырехзондовым методом экспрессметодикой с использованием высококачественной измерительной головки.
Флуктуации напряжений на потенциальных зондах в определенной полосе
частот измерялись селективным нановольтметром типа UNIPAN-P-237.
Расчеты относительной спектральной плотности флуктуаций (СПФ)
S rs (¦) / rs2
поверхностного сопротивления rs и фактора bs в
зависимости от ¦ проводились по специально разработанной программе в
среде DELPHY.
Зависимости спектральной плотности флуктуаций SI(¦) тока I,
снятые на частоте ¦ = 40 - 2500 Гц, подчиняются зависимости SI ~ I2. На
этом основании можно перейти к относительному спектру
SI / I 2 º Srs / rs 2 = Ss ( ¦ )
и интерпретировать его как проявление равновесных флуктуаций
сопротивления.
Интенсивность низкочастотных токовых шумов в области
исследуемых частот ¦ = 10 - 20000 Гц можно представить в виде
Ss(¦) = А/¦ + В,
(1)
где А и В - эмпирические коэффициенты для всех доз имплантации.
Обозначив через ¦C частоту при которой интенсивность 1/¦ равна
интенсивности белого шума, получим, что ¦C = А/В = 2,5 ´ 103 для всех доз
имплантации. Для частот ¦ < ¦C в исследуемых нами тонких ионно-
легированных слоях спектры токовых шумов близки к шуму типа 1/¦g и
могут быть описаны эмпирическим соотношением Вандамме-Хоухе:
Ss(¦) = a / N¦ g ,
(2)
где a - параметр, характеризующий интенсивность низкочастотного
токового шума, g - показатель формы спектра, N - число носителей заряда
в образце.
Значения показателя g лежали в пределах 1,12 - 2,06 ( рис. 1 ).
2,5
2
1,5
1
0,5
0
E11
E12
E13
E14
E15
5Е15
Рис. 1. Зависимость показателя формы спектра g от дозы облучения
Дозовая зависимость rs немонотонна. Наблюдается рост rs c
увеличением дозы облучения от 2´1011см-2 до 2´1012см-2, стабилизация rs
при дозах 2´1012-1013см-2. При дальнейшем увеличении дозы облучения rs
падает. Такая зависимость объясняется эффектом компенсации в пластине
кремния с двумя типами примесей - донорной (имплантированный в
кремний фосфор) и акцепторной (в исходной пластине - бор). Уже при
Ф=2´1011 см-2 наступает частичная компенсация по глубине длины пробега
иона фосфора. При дозе Ф=2´1012см-2 большая часть тонкого слоя,
имплантированного фосфором, может быть скомпенсирована. При
Ф=1013см-2 возможна инверсия тонкого имплантированного фосфором
слоя. Дозы имплантации фосфора свыше Ф=1013 см-2 приводят к полной
компенсации акцепторной примеси. С увеличением дозы rs падает.
Имплантированный слой имеет ярко выраженный n-тип проводимости.
Объяснением шума, описываемого выражением (2), может быть
предположение о наличие в тонко-легированных слоях различных
релаксационных процессов с широким спектром времен релаксации t ,
охватывающим много порядков изменения t. Изменение показателя g в
формуле (2) с увеличением доз имплантации может быть объяснено
моделью Лоренца.
С возрастанием доз имплантации в тонких ионно-легированных
слоях увеличивается показатель g с 1,12 до 2,06 и, следовательно,
возрастает
время
ti
релаксационных
процессов.
Зависимость
низкочастотного токового шума и фактора шума bs от доз имплантации
представлена при частоте 170 Гц на рис. 2 - 3.
Srs ´ 1010
25
20
15
10
5
0
E11
E12
E13
E14
E15
5Е15
Рис. 2. Зависимость спектральной плотности флуктуаций Srs(¦) от
дозы имплантации
bs ´ 1012
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
E11
E12
E13
E14
E15
5Е15
Рис. 3. Зависимость фактора шума bs от дозы имплантации
С повышением доз имплантации низкочастотный токовый шум
имеет два пика ( при дозах 5´1011 см-2 и 2 ´1014 см-2 ); фактор шума bs аналогичная зависимость и всплеск при дозе 2´1014 см-2 - почти на
порядок.