MeV Si 자기 이온주입된 단결정 Silicon내의 결함 거동

Defect Formatìon and Annealìng Behavìor in MeV Si Self-Implanted Silicon

본 연구에서는 MeV Si 자기 이온주업을 실시하여 주업원자와 모재 원자와의 화학적 영향이 배제된 결함 형성 거동을 관찰하였다. 자기 이온주업을 위하여 Tandem Accelerator가 사용되었고 1~3 MeV의 에너지 범위의 이온주입이 실시되었다. MeV 이온주입된 시편의 격자결함은 표면으로부터 고립된 $R_p$ 근처에 집중된 것이 관찰되었다. 주입에너지 변화에 따른 격자결함 생성 거동을 관찰하기 위하여 조사량을 $1{\times}10^{15}/cm^2$으로 고정하고 주입에너지를 1~3 MeV로 증가하였다. RBS 분석 결과 격자결함의 형성층 깊이는 에너지 증가에 따라 증가하였고 표면층에는 에너지 증가시 더욱 좋은 결정성을 유지하였다. 또한 주입에너지가 일정한 경우 조사량 증가시 $R_p$ 부근에 집중된 결함층의 농도는 증가하였으나 표면부근의 결함농도는 임계조사량 이상에서 포화되는 것이 관찰되었다. XTEM 분석 결과는 RBS의 결과와 잘 일치하였다. XTEM 관찰 결과 이온주업 상태의 결함층은 dark band의 형태로 관찰되었고 열처리시 이차결함은 이곳으로부터 생성되었다. 2MeV $Si^+$ 자기 이온주입시 이차결함이 형성되는 임계조사량은 $3{\times}10^{14}{\sim}5{\times}10^{14}/cm^2$ 사이로 관찰되었다. 열처리시 dark band의 하단부의 위치는 변화하지 않고 상단부만이 제거되었다. 실험을 통하여 얻은 결과들은 Monte-Carlo technique을 이용한 TRIM-code를 사용하여 해석하였다. SIMS 분석을 통하여 이차결함은 모재내에 존재하는 oxygen 불순물을 gettering함을 관찰하였다.

In this study MeV Si self ion implantations were done to reveal the intrinsic behavior of defect formation by excluding the possibility of chemical interactions between substrate atoms and dopant ones. Self implantations were conducted using Tandem Accelerator with energy ranges from 1 to 3 MeV. Defect formation by high energy ion implantation has a significant characteristics in that the lattice damage is concentrated near Rp and isolated from the surface. In order to investigate the energy dependence on defect formation, implantation energies were varied from 1 to 3 MeV under a constant dose of $1{\times}10^{15}/cm^2$. RBS channe!ed spectra showed that the depth at which as-implanted damaged layer formed increases as energy increases and that near surface region maintains better crystallinity as energy increases. Cross sectional TEM results agree well with RBS ones. In a TEM image as-implanted damaged layer appears as a dark band, where secondary defects are formed upon annealing. In the case of 2 MeV $Si^+$ self implantation a critical dose for the secondary defect formation was found to be between $3{\times}10^{14}/cm^24$ and $5{\times}10^{14}/cm^2$. Upon annealing the upper layer of the dark band was removed while the bottom part of the dark band did not move. The observed defect behavior by TEM was interpreted by Monte Carlo computer simulations using TRIM-code. SIMS analyses indicated that the secondary defect formed after annealing gettered oxygen impurities existed in silicon.