Conference Paper

СКОПЛЕНИЯ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ Ni В Si
Тургунов Н.А.
1
, Беркинов Э.Х.
1
, Акбаров Ш.К
2
, Мамажонова Д.Х.
3
, 
1
Научно-исследовательский институт физики полупроводников и микроэлектроники 
при ННУз, г. Ташкент,
2
Андижанский государственный университет 
3
Национальный университет Узбекистана
Развитие полупроводниковой микро- и наноэлектроники в мировом уровне 
стимулируют исследования в области разработки новых или совершенствования 
наиболее массово применяемых в производстве полупроводниковых материалов для 
расширения их функциональных возможностей электронных изделий, изготовленных 
на их основе. Интенсивные исследования по легированию полупроводников такими 
способами, как диффузионное, при выращивании, ионная имплантация и радиационное 
легирование показали, что обычное диффузионное легирование все ещё остается одним 
из основных способов формирования физико-химических свойств материалов, с 
заранее заданными свойствами [1-4]. 
При получении полупроводниковых материалов с заранее заданными 
параметрами необходимо учитывать все стадии технологической обработки образцов. 
Условия, создаваемые при легировании различными примесями, являются одним из 
основных факторов, влияющих на последующие процессы образования дефектных 
структур в объеме монокристаллов кремния. Как известно, диффузионные параметры 
играют решающую роль во внедрении и расположении атомов примеси в
кристаллической структуре. Поэтому определение оптимальных параметров диффузии 
имеет наиболее важное значение в производстве полупроводниковых приборов. В 
связи с этим настоящая работа посвящена исследованиям влияний диффузионных 
параметров на общую растворимость и концентрацию электрически активных атомов 
никеля в монокристаллах кремния. Также были изучены структурные строения 
микровключений примесных атомов никеля в кремнии.
В проведенных исследованиях для определения полной концентрации 
примесных атомов Ni в Si использовался метод радиоактивного анализа. В качестве 
легирующего элемента был применен радиоактивный изотоп Ni
63
раствора NaCl, 

---

Техник ва технологик фанлар со
ҳ
аларининг инновацион масалалари. ТДТУ ТФ 2020 
263 
который электролитическим способом наносился на поверхность образцов. Далее при 
температурах 1373-1523 К образцы отжигались в течение от 20 минут до 8 часов в 
эвакуированных и наполненных аргоном кварцевых ампулах, с последующей закалкой. 
Методом снятия слоев образцов и их радиоактивного анализа определялась 
концентрация Ni в Si.
После диффузионного отжига образцы закаливались сбрасыванием ампул в 
воду. В этом случае скорость охлаждения (

охл
) образцов достигала 

охл
~200 К/с. 
Увеличение скорости охлаждения достигалось отжигом образцов в открытых 
пробирках и закалкой сбрасыванием их в воду через тонкий слой масла, которое, 
образуя на поверхности образца пленку, защищало образец от растрескивания. Для 
получения более медленных скоростей охлаждения, ампулы охлаждались на воздухе 
или вместе с отключенной печью. Структурные исследования проводили методом 
электронно-зондового микроанализа с помощью установки Superprobe JXA-8800R, 
предназначенной для локального определения состава образцов. 
Изучения зависимости растворимости никеля в кремнии от значения 
температуры диффузии, при длительности диффузионного отжига в течении 2 часов 
показали, что при температуры диффузии Т=1373 К, концентрация атомов никеля 
составляло 2

10
16
см
-3
. При дальнейшем увеличении значения температуры 
диффузионного отжига наблюдается рост значения концентрации легирующих атомов 
никеля и при Т=1523 К концентрация атомов никеля возрастает почти на один порядок 
и составляет ~2

10
17
см
-3
. Дальнейшее увеличение времени отжига не приводит к 
заметному изменению концентрации атомов Ni и эта величина концентрации 
принималась за величину растворимости при данной температуре.
Следующим важным фактором диффузии примесей в кремнии является 
длительность диффузионного отжига. В процессе диффузии никеля в кремнии были 
исследованы влияние длительности отжига на концентрацию введенных в кремний 
электрически активных атомов примеси. При температуре диффузии 1523 К, 
концентрация электрически активных атомов Ni
 
в Si достигает свое максимальное 
значение в течение двух часов. В данном интервале времени отжига наблюдается рост 
значения концентрации электрически активных атомов никеля от 3

10
13
см
-3 
до 2

10
14
см
-3
. Дальнейшее увеличение времени отжига приводит к уменьшению этого значения 
и при t=8 час она составляет ~8

10
13
см
-3
. Энергетические уровни примесных центров, 
определенные в образцах Si, отожженных при условиях максимальной концентрации 
электроактивных атомов (2

10
14 
см
-3
) составляют для Ni: Е
v
+0,2 эВ и Е
с
-0,41 эВ. Эти 
значения энергетических уровней и их концентрации наиболее стабильны для 
множества образцов и при повторном отжиге. 
Результаты анализов морфологии примесных микровключений никеля в 
кремнии показали, что в процессе диффузионного легирования в объеме образцов 
образуются примесные микровключения с различными размерами и геометрическими 
формами. На снимке полученной с помощью микроанализатора четко выделяется 
граница раздела микровключение-матричный кристалл, а также ярко выделяются 
границы между слоями микровключения никеля (рис. 1). В экспериментальных 
результатах 
наблюдается 
определенная 
зависимость 
формы 
и 
размеров 
микровключений от скорости охлаждения образцов после диффузионного отжига. 
Мелкие микровключения, размеры которых достигают до 10
-6
м, имеют иглообразные, 
дискообразные, линзообразные и сложные многогранные формы. А более крупные 
микровключения, с размерами более 10
-6
м, в основном, имеют линзообразные и 
сферические формы. 
Рис. 1. Снимок примесного микровклю-чения 
никеля в кремнии, полученный с помощью 
микроанализатора Superprobe JXA-8800R. 
Таким образом, в ходе экспериментальных 

---

Техник ва технологик фанлар со
ҳ
аларининг инновацион масалалари. ТДТУ ТФ 2020 
264 
исследований были определены необходимые температуры диффузии и длительности 
диффузионного отжига для введения заданного количества электроактивных атомов 
исследуемой примеси. Выявлено, что общая растворимость никеля в кремнии не 
зависит от исходных параметров кремния. Согласно полученным данным установлено, 
что основная часть примесных атомов Ni в Si находятся в электрически нейтральных 
состояниях в виде микровключений.