Effcets of Initial Oxygen Concentration on Oxygen Pileup and the Diffusion of Impurities after High-energy Ion Impaltation

초기 산소 농도가 고에너지 이온 주입시 발생하는 산소 축적 및 불순물 확산에 미치는 영향

In this paper, we have investigated experimentally the effects of initial oxygen concentration on oxygen pileup phenomenon and the diffusion of implanted impurities. 1.2 MeV $^{11}B^{+}$ and 2.2 MeV $^{31}P^{+}$ ions were implanted into p-type (100) Si wafers with a dose of 1${\times}10^{15}$ / $\textrm{cm}^2$. Secondary ion mass spectrometry(SIMS) measurements were carried out to obtain depth distribution profiles for implanted impurities and oxygen atoms after two-step annealing of $700^{\circ}C$(20 hours)+$1000^{\circ}C$(10 hours). Residual secondary defect distribution and annealing behabiour were also studied by cross-sectional transmission electron microscopy(TEM) observations. Oxygen pileup nearly $R_p$(projected range) were observed by SIMS measurements and considerable amount of residual secondary defect layer were observed by TEM observations. It can be seen that oxygen atoms are trapped at the secondary defects by the experimental results. Enhanced diffusions of boron and phosphorus to the bulk direction were observed with the increasing of initial oxygen concentration.

본 논문에서는 초기 산소 농도가 고에너지 이온 주입시 결정 격자 손상에 의해 발생하는 산소 축적(pileup) 현상 및 주입된 불순물의 확산에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하였다. 초기 산소 농도가 11.5, 15.5 ppma인 p-type (100)실리콘 웨이퍼에 \sup 11\B\sup +\ \sup 31\P\sup +\ 이온을 각각 1.2 MeV, 2.2 MeV 의 에너지로 1×10\sup 15\cm\sup 2\ 주입하고, 700℃(20시간)+1000℃(10시간)의 2단계 열처리를 거치 후 주입된 불순물 및 산소 농도의 분포를 이차이온질량분석기 (Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS)로 관찰하였으며 잔류 2차 결함의 분포는 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM)으로 관찰하였다. SIMS 측정 결과 산소의 축적이 {{{{ { R}_{ } }}}}\sub p\(projected range) 부근에서 관찰되었으며 열처리 후에도 상당한 양의 2차 결합 띠가 {{{{ { R}_{ } }}}}\sub p\부근에서 관찰되는 것으로 보아 2차 결함에 의해 산소가 포획되었음을 알 수 있다. 또한 붕소와 인의 확산은 웨이퍼의 초기 산소 농도가 클수록 벌크 방향으로의 확산이 증대되는 현상을 볼 수 있었다.