Файл: Физические основы молекулярной электроники (Плотников), 2000, c.164.pdf

Глава ///

Электроникамолекулярныхсистем на поверхностиполупроводников

3.4.3. Диагностика неоднородности поверхности nо­ лупроводников методом люминесцентных молекулярных ЗОН­ дов. Как было отмечено выше, нанесение на поверхность полу­ проводников молекул органческих красителей позволяет сенсиби­ лизировать различные электронные процессы в приповерностной области. С другой стороны, локальные поля на поверхности ока­ зывают сильное влияние на оптические свойства адсорбирован­ ных молекул. Поэтому люминесцентные молекулярные зонды можно эффективно использовать для оценки степени зарядовой

гетерогенности поверхности полупроводников.

Среди существующих методов изучения зарядовой гете­

рогенности поверхности полупроводников представлены как элек­

трофизические зондовые методы с разрешением по поверхности в несколько десятков мкм", так и оптические методы, реальная разрешающаяспособностькоторых составляет 1-1 О мкм (лазер­ ная диагностика). Оптические методы несут данные о сравнитель­ но толстом приповерхностном слое, определяемом глубиной вы­ хода излучения, несущего информацию. Применение люминес­ цирующих молекулярных зондов (ЛМЗ) позволило существенно расширить возможности зондирования гетерогенности самой по­

верхности.

Фокусируя пучок света, возбуждающего флуоресценцию,

используя достаточно чувствительные детекторы ее излучения и

применяя сканирующие устройства, удалось получить сведения о

пространственном распределении электронных ловушек и ионов.

Информативными параметрами (см. 3.4.1) являлись величины 1, r, Vlnf .. Кроме того, определенную информацию о распределении

заряженных центров, степени гетерогенности поверхности несут

параметры неоднородного уширения спектров флуоресценции (см. 3.4.2). Продемонстрируемэто на примере зарядовой гетерогенно­ сти поверхности, возникающей при заряжении ловушек диэлект-

*) в данном случае мы не обсуждаем локальные методы туннельной и атомной силовой микроскопии) пока еще не применяемые достаточно широко для тестовых исследований зарядоной гетерогенности поверх­

ности полупроводников.

117

Физические основы молекулярной электроники

1 11

Х,мм

рика в ДП-системах. Измеряя с помощью стандартного флуори­ метра величины J и утк при сканировании возбуждающего света по поверхности образца удалось получить картину пространствен­ ного распределения заряженных ЛД на поверхности структуры Siо-кумарин (рис.3.14). На рисунке хорошо видна граница заря­ женной и незаряженной областей поверхности как по измерению /, так и по сдвигу спектра флуоресценции (~ymp)' Измерение ин­ тенсивности флуоресценции в максимуме излучения технически

проще, чем определение утf"' однаконаправлениеи величинасдвига утк несетдополнительнуюинформациюи о наличиидругихзаря­ женныхповерхностныхцентров,в частности,протонов.Действи­

тельно, изменениезарядовогосостоянияэлектронныхловушексо­

провождаетсякак дополнительнымпереносомэнергии на эти ло­

вушкии, соответственно,изменениеминтенсивностифлуоресцен­ ции молекул - зондов, так и сдвигом утр Появление локальных зарядов, обусловленных протонами, не приводит к изменению вел­ чин /, но связано с определенным смещением утр В локальных полях протонов. Совместное измерение при сканировании Ы и

118

Глава 111 Электроника молекулярных систем на поверхности полупроводников

~vmf' позволяет раздельно оценить вклад локальных электричес­ ких полей, связанных с электронными перезаряжающимися ло­

вушками на поверхности и ионами, что представляет существен­

ное значение для контроля поверхности элементов микросхем.

Одной из важных технических проблем является опреде­ ление однородности поверхности, подвергнутой ионной имплан­

тации, а также контроль за последующим лазерным отжигом де­

фектов поверхности. Проиллюстрируем возможности метода ЛМЗ на примере образцов окисленного кремния, имплантированных ионами аргона, Аг' с энергией 40 эВ при разной величине дозы имплантации. На рис. 3.15 представлена соответствующая дозо­ вая зависимость ~Aтf' и относительного тушения флуоресценции //10 кумарина, нанесенного на имплантированные в разной степе­ ни образцы Sio' Как видно из рисунка 3.15 (кр. 1 и 2), эти зависи­ мости имеют пороговый характер. Начиная с NАг == 1013 наблюда­ ется резкое изменение как ///0' так и ДАт,...

Используя ЛМЗ, можно эффективно контролировать и от­ жиг возникающих при имплантации дефектов в тонких слоях Si02 И других диэлектриков. Для этого серии образцов с разной дозой имплантации подвергались прогреву в вакууме при 473 К и 773 К, а также лазерному отжигу. В последнем случае поверхность облу­ чалась излучением рубинового лазера с энергией импульса W "- 1 Дж . см" при длительности "- 10-3 с. После указанных обработок на образцы наносился кумарин 47 из раствора в этиловом спирте.

119

Физические основы молекулярной электроники

IgNAr

Степень отжига дефектов в результате этих воздействий опреде­ лялась по изменению штарковского сдвига спектра флуоресцен­

ции кумарина, вызванного встроенным положительным зарядом

лд+ имплантированной поверхности (рис.3.16). Как видно из это­ го рисунка, при дозе имплантации > 1013 ион.' см? данный метод может использоваться как надежный и достаточно простой нераз­ рушающий метод контроля лазерного отжига дефектов поверхно­ сти. Такая возможность подтверждается данными по отжигу ана­ логичных дефектов на поверхности, полученными методом элек­ тронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Наблюдалась прямая корреляция между изменением сигнала ЭПР от положительно за­ ряженных кислородных вакансий в поверхностном слое окисла и уменьшением сдвига лтF при аналогичных обработках.

Сканирование открывает возможность определения про­ странственного распределения образующихся при имплантации дефектов (рис.3.1?). Для этого необходимо использовать микро­ скопический анализ флуоресценции адсорбированных на поверх­ ности кремния ЛМЗ при возбуждении их фокусированным лазер­ ным лучом. Часть поверхности подвергалась ионной импланта­ ции аналогично предыдущим экспериментам. При определении границы имплантированной и неимплантированной областей по тушению флуоресценции было достигнуто разрешение '"'J 20 мкм. Использование более совершенной лазерной сканирующей тех­ ники позволяет, в принципе, довести разрешение до '"'J 3 мкм.

120