Oxygen in Silicon Single Crystals

Нормальная
диффузия


Рис. 21. Изменение величины отно­сительного дихроизма в зависимости от времени отжига при 330°С; кривая соответствует нелегированному об­разцу Si (Чохральского), прошедшему предварительный отжиг при 900°С в течение 2 ч; дихроизм создавался p = 1.3* 10⁸ Па вдоль направления [111] при 420°C в течение 5 мин с последующей закалкой при Уохл = 1000°С/ч [41]


= 1.0 • 10^-22 см²/с). Т.е. в эксперименте по дихроизму ускоренная диф­фузия кислорода наблюдается только в начале отжига, при котором происходит переориентация атомов кислорода. Тем не менее в неко­торых работах авторы не наблюдали эффекта ускоренной диффузии кислорода методом введенного давлением дихроизма полосы ИК- поглощения. Это может быть связано с двумя причинами. Во-первых, как показывают эксперименты, относительное увеличение коэффици­ента диффузии кислорода при низких температурах вследствие эффек­та ускоренной диффузии ^_ускор^_норм) зависит от скорости закалки об­разца под давлением при создании неравновесной заселенности на­правлений {111} атомами кислорода. В случае, когда образец охлаж­дался очень быстро или очень медленно, эффект ускоренной диффу­зии кислорода практически не наблюдался. Самый большой эффект ускоренной диффузии кислорода при 330°С наблюдался при скорости закалки V_охл = 1000°С/ч. Во-вторых, максимальный эффект ускоренной диффузии наблюдался для образцов, предварительно прошедших тех­нологический отжиг 900°С - 2 ч.
Кроме этого, в работе [41] было замечено, что еще больший эф­фект наблюдается в том случае, когда во время предварительной вы­сокотемпературной термообработки проводилась диффузия меди или железа до насыщения. Однако ускоренная диффузия кислорода не бы­ла обнаружена в образцах, которые отжигались в окисляющей среде.
На основании описанных экспериментальных фактов можно сделать вывод, что при определенных условиях в кристаллах кремния можно наблюдать уменьшение времени одиночного диффузионного прыжка атомов кислорода на начальной стадии низкотемпературной термооб­работки. Однако факт ускоренной низкотемпературной макродиффузии не был однозначно установлен.
В последнее время для исследования подвижности кислорода в кристалле кремния используется метод масс-спектроскопии вторичных ионов. В работе [81] этим методом провели исследование подвиж­ности кислорода в кремнии и впервые представили эксперименталь­ные факты по ускоренной низкотемпературной макродиффузии. Коэф­фициент диффузии кислорода, полученный в результате подгонки тео-


56




ретической кривой к экспериментальным данным [81] D_o(500°C) = = (2.5 4.0) • 10^-14 см²/с, в то время как нормальный коэффициент диффузии кислорода по формуле (37) D_o(500°C) = 4.9 • 10^-18 см²/с. Т. е. полученное значение приблизительно на четыре порядка выше, чем рассчитанное по формуле.
Кроме этого, в работе [81] были проведены исследования низко­температурной макродиффузии кислорода (¹⁸O), имплантированного в кристалл Si (БЗП). Измеренные концентрационные диффузионные профили после стадии разгонки в течение 67 часов при различных тем­пературах (525; 480; 425) приведены на рис. 22. Было установлено, что для каждой измеренной кривой наклон диффузионного хвоста не зави­сит от дозы имплантации (т. е. не зависит от концентрации собст­венных точечных дефектов), времени отжига и предварительной тер­мообработки (при 900°C в течение 10 с), в то время как концентрация ¹⁸O на диффузионном хвосте увеличивается при увеличении дозы имп­лантации, времени отжига и предварительной термообработки. Из рис. 22 видно, что экспоненциальный диффузионный хвост импланти­рованного кислорода, простирающийся на 4-16 мкм, значительно больше, чем диффузионная длина после 67 ч отжига, рассчитанная на основе нормального коэффициента диффузии согласно формуле (37)