Formation and annealing of isolation regions in silicon through Si+ bombardment

Abstract

It is shown that 1 MeV Si+ bombardment of silicon can produce sub-surface amorphous insulating layers with a fixed lower boundary and a variable upper boundary. The lower boundary is determined by the ion energy and is 1.5 μm for 1 MeV. The position of the variable upper boundary depends on the ion dose and can reach the surface. The amorphous layer has insulating properties for annealing temperatures up to 500 °C. After a 600 °C anneal, the amorphous silicon transforms into quasi-single crystal silicon, which is infested with stacking faults and twins on a sub-microscopic scale. The transformation correlates with a drop in spreading resistance from 107 to 104 Ω. After an 800 °C anneal, the spreading resistance of the quasi-single crystal silicon approaches the unbombarded bulk resistance. Es wird gezeigt, daß ein Beschuß von Silizium mit 1 MeV-Si+ amorphe, isolierende Schichten unter der Oberfläche mit einer festen unteren Grenze und einer variablen oberen Grenze hervorrufen kann. Die untere Grenze wird durch die Ionenenergie bestimmt und beträgt 1,5 μm für 1 MeV. Die Lage der variablen oberen Grenze hängt von der Ionendosis ab und kann die Oberfläche erreichen. Die amorphe Schicht besitzt bei Temperungstemperaturen bis zu 500 °C isolierende Eigenschaften. Nach einer Temperung bei 600 °C gcht das amorphe Silizium in quasi-einkristallines Silizium über, das Stapelfehler und Zwillingsgrenzen im submikroskopischen Bereich enthält. Der Übergang korreliert mit einem Abfall des Ausbreitungswiderstandes von 107 auf 104 Ω. Nach einer Temperung bei 800 °C erreicht der Ausbreitungswiderstand des quasi-einkristallinen Siliziums den Volumenwiderstand des nichtbestrahlten Materials.