Dose rate ì Å× D; c silicon; c ¤ø m Éc Ü R T Æ X Ø8 ý depth profile SIMS ¤X N ËÊ Ý Computer Simulation
* > x · T Ú x · T # Ü · ¤# Ü · ~ ç ¡) o ? ∗
[ j@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , " é ¶ Å Ò 220-710 (2007¸ 12 Z 4 21{ 9 ~ Ã Î6 £ §, þ j7 á x : r 5 Z 4 15{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
Si(100) ³ ð \ B s : r` ¦ { 9 & ñ ô Ç \ -t Ð dose| ¾ Ó` ¦ 1 l x{ 9 > Ä »t ¦, dose rateë ß ` ¦ or &
9 Å Ò{ 9 ô Ç Ê ê\ r « Ñ? /Â Ò\ " f_ depth profile` ¦ ¸ % i . Å Ò{ 9 ) a s : r _ depth profile É r SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) © q \ ¦ s 6 x # 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9, { 9 & ñ ô Ç \ -t Ð s : r` ¦ Å Ò{ 9
# ¸ dose rate_ o\ " f depth profile\ o\ ¦ Ðs H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . Crystal TRIM program Ü ¼ Ð computer simulation # % i r depth profile\ s H > í ß õ \ ¦ % 3 % 3
. 8 £ ¤& ñ dataü < simulation õ ÐÂ Ò' 1 l x{ 9 ô Ç ª _ dose| ¾ Ós r « Ñ\ { 9 H â Ä º\ dose rate
9 þ
t à º2 ¤ { 9 s : r s r « Ñ ? /Â Ò Ð ' H s \ depth profile_ ¡ óo  Òì r s ³ ð A á ¤ Ü ¼ Ð ` ¦ : r
H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .
PACS numbers: 61.72Ss, 61.72Tt, 68.35Bs
Keywords: Si(100), ¸ Ö ¦, U ·s ~ ½ Ó ¾ Ó ì r í, s s : r | 9 | ¾ Óì r$ 3 Z O , Crystal TRIM
I. " e  ] Ø
s
: r Å Ò{ 9 Z O É r l ^ ¦^ + þ AI _ source\ ¦ s : r or
Ê ê\ { 9 & ñ ô Ç \ -t Ð 5 Å q r & " f Ô ¦í HÓ ü t` ¦ wafer \ Å
Ò{ 9 H / B N& ñ ~ ½ ÓZ O s . s : r Å Ò{ 9 Z O _ © & h É r Å Ò{ 9 s
: r ª _ ¸] X s 6 x s ¦ à º¨ î & h S X í ß s & h Ü ¼ 9 " é ¶
H 0 Au \ Å Ò{ 9 s 0 p x . ¢ ¸ô Ç $ : r \ " f / B N& ñ ' s
0 p x 9 F & ³$ í s a % ~ . Õ ª QÙ ¼ Ð implant / B N& ñ Ê ê
\
wafer? / \ < H © ` ¦ Å Ò> ÷ &# Q \ P % o \ ¦ K ô Ç
H é ß & h \ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦, ¦| 9 & h ì ø Í ¸^ Ò q tí ß \ × æ כ ¹ô Ç
~
½ ÓZ O [1]s .
s
: r Å Ò{ 9 Z O Ü ¼ Ð z ´o B H l ó ø Í\ ì ø Í ¸^ r Ð\ ¦ ½ ¨$ í
9 ¦ ½ + É M : Ä ºo " é ¶ H 0 Au \ Å Ò{ 9 s : r` ¦ ì r ír &
ô Ç . : £ ¤ y ± ú É r \ -t Ð s : r` ¦ Å Ò{ 9 K " f r « Ñ ³ ð
H ~ ½ Ó\ · û É r U ·s Ð Å Ò{ 9 s : r` ¦ ì r ír & ½ + É â Ä º
\
H Õ ª & ñ S X ¸ 8¹ ¡ ¤ × æ כ ¹ . r « Ñ 5 Å q \ Å Ò{ 9 s : r
`
¦ " é ¶ H 0 Au \ Å Ò{ 9 r v 9 ¦ ½ + É M :\ ¦ 9½ + É Ã º e H
#
Q t à º e [2–5]. Õ ª × æ \ " f ¸ dose rate\ ¦
o r v " f s : r Å Ò{ 9 ` ¦ H â Ä º\ 1 l x{ 9 ô Ç \ -t ü
< dose| ¾ Ó\ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ { 9 s : r _ depth profile\ % ò
¾ Ó` ¦ p u > ) a .
∗
E-mail: [email protected]
: r z ´+ « >_ 3 l q& h É r { 9 & ñ ô Ç \ -t ü < 1 l x{ 9 ô Ç dose| ¾ Ó_ s
: r` ¦ Si(100) ³ ð \ dose rateë ß ` ¦ o r & 9 s
: r Å Ò{ 9 ô Ç Ê ê\ , Å Ò{ 9 ) a s : r _ depth profile` ¦ SIMS Ð 8
£ ¤& ñ ¦ Crystal TRIM computer simulationÜ ¼ Ð > í ß
# dose rate\ depth profile_ peak Ï ? @Â Òì r s
o H " é ¶ ` ¦ ^ > & h Ü ¼ Ð ½ ©" î ¦ ô Ç .
II. ÷ m Ç ] M ö
1. T Æ X Ø ¤ø m É
Si r « Ñ Ð Á º î r " é ¶ è Asü < Si r « Ñü < q 5 p w ô Ç ß ¼ l
P s : r` ¦ Si(100) r « Ñ\ Å Ò{ 9 ô Ç Ê ê\ Å Ò{ 9 ) a s : r _
depth profile` ¦ Ä ºo H s p 8 £ ¤& ñ ô Ç e [5].
: r z ´+ « >\ " f H Si r « Ñ Ð ! 9î r " é ¶ è B s : r` ¦ { 9
& ñ ô Ç { 9 \ -t \ " f 1 l x{ 9 ô Ç dose| ¾ Ó` ¦ dose rate ë ß ` ¦
or & " f depth profile` ¦ 8 £ ¤& ñ ¦ ô Ç [6].
p-type, resistivity 8 ∼ 15 Ω 8 inch Si(100) flat zone type r « Ñ\ B s : r` ¦ 1 × 10
15cm
−2_ dose| ¾ Ó\ @ /K
"
f Å Ò{ 9 H s : r _ À Ó\ ¦ y y [ jt Ð or &
" f Å Ò{ 9 % i . B s : r _ À Ó\ ¦ y y 532 µA, 1060
µA, 5100 µA Ð r « Ñ\ s : r Å Ò{ 9 % i . s : r Å Ò{ 9 \
-523-
6
x ) a Ion implanter © q H VIISTA HC [7]\ ¦ 6 x % i
.
s
: r Å Ò{ 9 r \ r « Ñ_ : r ¸ © 5 p x H כ ` ¦ x l 0
A # r « Ñl ó ø Í_ : r ¸ H DI water\ ¦ 6 x H cooling system Ü ¼ Ð 20
◦C Ð ¸] X ÷ &% 3 .
2. SIMS ¤X N Ë
Si(100) r « Ñ\ Å Ò{ 9 ) a B s : r _ depth profile` ¦ 8 £ ¤
&
ñ l 0 AK " f Ô ¦í HÓ ü t _ Ø ¦ y ¸ B Ä º Z } É r Cameca ims-6f SIMS © q [8,9]\ ¦ s 6 x % i .
Å
Ò{ 9 ) a s : r _ Ø ¦ y ¸\ ¦ 8¹ ¡ ¤ 7 £ x r v l 0 AK " f Cs
+primary ion` ¦ s 6 x % i ¦, ì r$ 3 × æ \ r « Ñü < Å Ò{ 9
)
a s : r _ atomic mixing ´ òõ \ ¦ × ¦ s l 0 AK " f 1.90 keV _
± ú É r \ -t \ ¦ 6 x % i .
III. å e È ½' [ S ö o Ú7 _T Ó Å
r
« Ñ\ s : r` ¦ { 9 r v íl \ t ¦ e ~ \ -t
H r « Ñ 5 Å q` ¦ t " f { 9 s : r õ r « Ñ" é ¶ ü <_ Ø æ[ t õ
&
ñ ` ¦ u " f Ù þ ` ¦ : x ô Ç \ -t < Hz ´õ \ ¦ : x ô Ç \
-t < Hz ´` ¦ u " f ¸¿ º è ÷ & ¦, ² D G r « Ñ? /_ ô Ç /
B
M \ & ñ t > ) a . { 9 ) a s : r É r r « Ñ ? /_ " é ¶ ü
<_ Ø æ[ t Ð # Á ºÃ ºy ´ ú § É r í ß ê ø Í` ¦ { 9 Ü ¼ . s Q ô
Ç & ³ © ` ¦ WØ æ[ t (collision cascade) s ¦ ¦, r « Ñ
< H © _ " é ¶ s ) a . & h \ -t < Hz ´ É r s : r õ r
« Ñ " é ¶ _ [ þ t õ _ q ò ø Í$ í Ø æ[ t \ _ # { 9 s : r _
\ -t y è÷ & 9 Õ ª õ Ð z ´o B H " é ¶ [ þ t É r # l
© I , ¢ ¸ H s : r o ) a . TRIM (TRansport of Ions in Matter) [10] É r Å Ò{ 9 s : r _ \ -t ¸¿ º è | ¨ c M : t
Å Ò{ 9 s : r _ \ -t < Hz ´õ & ñ õ Ø æ[ t 0 Au , r « Ñ " é ¶ _
÷ & ³ 5 ¹ ¡ §f e 1 p x` ¦ ¸¿ º l 2 ¤ # , s : r Å Ò{ 9 ¸| \
É
r s : r _ 0 l x ¸ ì r í x 9 < H © ì r í (damage profile) 1
p
x _ ´ ú § É r & ñ Ð\ ¦ ï r . TRIM É r r « Ñ\ ¦ amorphous Ð
& ñ # ë ß H computer simulation s , Õ ª Ê ê\ 1 l q{ 9 _
Posselt ~ Ã Ì [11, 12] H 1991¸ Â Ò' r « Ñ_ & ñ $ í ` ¦
¦ 9 # Crystal TRIM program` ¦ > hµ 1 Ï % i . Crystal TRIM É r ¢ ¸ô Ç amorphous 8 £ x _ + þ A$ í ` ¦ í < Ê H damage accumulation _ dynamicô Ç simulation` ¦ ' # , s : r` ¦ Å
Ò{ 9 H 1 l x î ß \ { 9 # Q H channeling ´ òõ ü < defect
o\ ¦ > í ß ½ + É Ã º e . s : rØ æ[ t 1 l x î ß \ Ò q t$ í ) a damage
r4 ¤ ÷ & ¦ z É r & ñ ¸\ ¦ ? / H cacc ° ú כõ s : r Å Ò{ 9 ) a
% ò
% i s amorphous Ð o H e > ° ú כ ccrit ° ú כ 1 p x` ¦ z
´+ « > dataü < q § # empirical parameter Ð ¸{ 9 # dose rate o\ É r depth profile` ¦ > í ß ½ + É Ã º e .
Simulation \ " f H dose ª ` ¦ f ] X 1 × 10
15cm
−2 Ð { 9
§
4 % i Ü ¼ 9 > í ß õ \ @ /ô Ç ¸ \ ¦ þ j@ /ô Ç × ¦ s l 0 A
# > í ß ì ø Í4 ¤ S Ã º H 100,000 Ü ¼ Ð { 9 § 4 % i . r
«
Ñ_ : r ¸ H z ´ : r (300 K) Ü ¼ Ð { 9 § 4 % i . # l \ " f
H { 9 & ñ ô Ç dose| ¾ Ó_ B s : r` ¦ 1 l x{ 9 ô Ç \ -t Ð Si r « Ñ
\
Å Ò{ 9 ô Ç â Ä º\ dose rate_ o\ Å Ò{ 9 ) a s : r _
ì r í\ ¦ Crystal TRIM simulation` ¦ Ã º' # depth profile` ¦ > í ß % i .
IV. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý
{ 9
& ñ ô Ç dose| ¾ Ó_ B s : r` ¦ Si r « Ñ\ Å Ò{ 9 ô Ç â Ä º beam current (dose rate) _ o\ Å Ò{ 9 ) a s : r _ depth profile` ¦ SIMS Ð 8 £ ¤& ñ % i . Fig. 1 É r 15 keV _ { 9
& ñ ô Ç \ -t Ð 1 l x{ 9 ô Ç 1 × 10
15cm
−2_ dose| ¾ ÓÜ ¼ Ð B s : r` ¦ Å Ò{ 9 s : r _ À Óë ß ` ¦ or & " f Si(100) r
« Ñ\ Å Ò{ 9 ô Ç Ê ê\ r « Ñ 5 Å q \ " f_ B s : r _ depth pro- file` ¦ SIMS Ð 8 £ ¤& ñ ô Ç כ s . B s : r _ dose rate 9 þ t Ã
º2 ¤ U ·s ~ ½ Ó ¾ Ó_ ¡ óo  Òì r \ " f depth profiles ³ ð A á ¤ Ü
¼ Ð ç ß ` ¦ ¸ H כ ` ¦ ^ ¦ Ã º e [13].
Fig. 2 H Si(100) r « Ñ_ ³ ð \ 15 keV_ \ -t Ð s
: r Å Ò{ 9 ô Ç B s : r _ depth profile` ¦ oxide layer\ ¦ ¦ 9
t · ú § É r â Ä ºü < oxide layer\ ¦ ¦ 9K " f simulation` ¦ '
ô Ç õ x 9 SIMS Ð 8 £ ¤& ñ ô Ç z ´+ « > data\ ¦ q § % i .
Õ
ª õ oxide layer\ ¦ ¦ 9 # simulation` ¦ ' ô Ç â Ä º
\
SIMS dataü < a % ~ É r { 9 u \ ¦ Ðs ¦ e . Simulation\
"
f 6 x ô Ç oxide layer H 1.5 nm s [14].
Fig. 3 H 1 l x{ 9 ô Ç dose| ¾ Ó 1 × 10
15cm
−2_ B s : r` ¦ 15 keV _ \ -t Ð Å Ò{ 9 # cacc à º\ ¦ or &
" f Si(100) r « Ñ\ Å Ò{ 9 ô Ç Ê ê\ r « Ñ 5 Å q \ " f_ B s : r _
depth profile` ¦ Crystal TRIM simulation Ü ¼ Ð > í ß ô Ç depth profile s . cacc à º & | 9 à º2 ¤ s : r _ depth profile _ ¡ óo  Òì r s ³ ð A á ¤ Ü ¼ Ð ` ¦ : r H כ ` ¦ ^ ¦ Ã
º e .
Fig. 4 H 1 l x{ 9 ô Ç dose| ¾ Ó 1 × 10
15cm
−2_ B s : r` ¦ 15 keV _ \ -t Ð Å Ò{ 9 s : r _ À Ó\ ¦ or &
"
f Si(100) r « Ñ\ Å Ò{ 9 ô Ç Ê ê\ r « Ñ 5 Å q \ " f_ B s : r _ depth profile` ¦ SIMS Ð 8 £ ¤& ñ ô Ç כ õ cacc à º° ú כ` ¦
or & " f Crystal TRIM simulation` ¦ Ã º' # % 3
É r depth profile _ o\ ¦ q § % i . Õ ª õ Å Ò{ 9 À
Ó y y 532 µA, 5100 µA { 9 M :, o H r ç ß É r 97 í,
10 ís Ù ¼ Ð relaxationõ & ñ s  ú ª t > ÷ & ¦ damage r
Fig. 1. The depth profiles of Si(100) sample implanted by B ion of same dose with varying ion current.
Fig. 2. Depth profiles of Crystal TRIM simulation results with varing oxide layer and SIMS measurement data.
4
¤ s ¸ ú { 9 # Q t · ú § damage » ¡ ¤& h s ´ ú §s ) a H כ
`
¦ · ú à º e . ¢ ¸ô Ç, Crystal TRIM simulation\ " f ¸ cacc à º 0.1, 0.2 Ð & | 9 à º2 ¤ depth profile _ ¡ óo Â Ò ì
r s ³ ð A á ¤ Ü ¼ Ð ` ¦ ¸> ) a . 7 £ ¤, cacc & H כ
É r damage accumulation s ´ ú § H כ s . " f 1
l x{ 9 ô Ç dose| ¾ Ós r « Ñ\ { 9 ÷ &% 3 6 £ § \ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ dose rate _ o Ð K WØ æ[ t (collision cascade) \ _ K
"
f Ò q t| damage o÷ & H כ ` ¦ · ú Ã º e . Dose rate_
o { 9 & ñ ô Ç ª _ s : r` ¦ r « Ñ\ Å Ò{ 9 H X < o
H r ç ß _ s Ð s # Q4 R" f r « Ñ ? /Â Ò\ " f damage_
o\ ¦ 4 R ¸> ) a . s כ É r r « Ñ ? /Â Ò Ð s : r s Å Ò{ 9
÷
& H 1 l x î ß \ relaxationõ & ñ s ' ÷ & H r ç ß _ s Ð damage o H כ Ü ¼ Ð ^ ¦ Ã º e . Dose rate &
| 9
à º2 ¤ r « Ñ H damage H © I Ð QÓ ü t > ) a . s ü <
Fig. 3. The Crystal TRIM simulation results for B ion into Si(100) with varying cacc.
Fig. 4. The Crystal TRIM simulation result compare with SIMS data for B ion into Si(100).
° ú
s { 9 s : r s r « Ñ ? /Â Ò Ð_ { 9 s & h & h # Q 90 >t
>
÷ & depth profile_ ¡ óo  Òì r s ³ ð A á ¤ Ü ¼ Ð ` ¦ ¸
>
) a [15].
V. + s Ç Â ] Ø
ì
ø Í ¸^ / B N& ñ × æ \ " f Si r « Ñ\ s : r` ¦ Å Ò{ 9 H õ & ñ
É
r × æ כ ¹ô Ç é ß > s . Å Ò{ 9 H s : r _ dose rate oü <
Crystal TRIM simulation` ¦ : x # depth profile` ¦ q § ì
r$ 3 % i . Õ ª õ dose rateü < cacc H " f Ð ' a s e
H כ ` ¦ SIMS data ü < Crystal TRIM simulation` ¦ : x K
· ú Ã º e % 3 . " f { 9 & ñ ô Ç ª _ dose| ¾ Ós r « Ñ\ { 9
÷ &% 3 6 £ § \ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦ dose rate & | 9 Ã º2 ¤ relaxation õ
& ñ s _ { 9 # Q t · ú §> ) a . " f damage H
© I Ð QÓ ü t > ÷ & 9 6 £ § { 9 s : r s r « Ñ ? /Â Ò Ð '
½
+ É â Ä º, channeling` ¦ W = { 9 Ü ¼v > ÷ &# Q depth profiles r
« Ñ ³ ð A á ¤ Ü ¼ Ð ` ¦ : r H כ ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .
P
c p 8 ý ò k >
: r ½ ¨\ ¦ 0 AK s : r Å Ò{ 9 / B N& ñ ` ¦ K Å Ò s _ Û ¼_
¸ â 4 x Å Òe _ õ s 6 x @ /o , SIMS ì r$ 3 ` ¦ K Å Ò ¦
×
æ ½ © õ © _ , Õ ªo ¦ e-mail § ` ¦ : x K Crystal TRIM program \ ¸¹ ¡ §` ¦ Å Ò M. Posselt ~ Ã Ì _ a d Ü ¼ Ð y
\ ¦ × ¼w n m .
Y
c p w à U Ø ô
[1] E. Chason, S. T. Picraux, J. M. Poate, J. O. Bor- land, M. I. Current, T. Diaz de la Rubia, D. J. Ea- glesham, O. W. Holland, M. E. Law, C. W. Magee, J. W. Mayer, J. Melngailis and A. F. Tasch, J. Appl.
Phys. 81, 6513 (1997).
[2] R. K. Nadella, M. V. Rao, D. S. Simons, P. H. Chi, M. Fatemi and H. B. Dietrich, J. Appl. Phys. 70, 1750 (1991).
[3] J. F. Ziegler, Handbook of Ion Implantation Technol- ogy (Elsevier Science Pub Co., Amsterdam, 1992), p. 501.
[4] J. M. Anthony and J. A. Keenan, J. Vac. Sci. Tech- nol. A 13, 1321 (1995).
[5] In Bok Sung, Joo Kwang Kim, Yune Suk Yoo, Bi Yong Jeong and Suk Tai Kang, J. Kor. Phys, Soc.
46, 478 (2005).
[6] Bi Yong Jeong, Yune Suk Yoo, Ho Chul Lee, Min Chul Park and Suk Tai Kang, SAEMULLI (New Phys.) 53, 221 (2006).
[7] J. S. Willians and J. M. Poate, Ion Implantation and Beam Processing (Academic Press, New York, 1984), p. 262.
[8] R. G. Wilson, F. A. Stevie and C. W. Magee, Sec- ondary Ion Mass Spectrometry (Pergarmon Press, New York, 1985), p. 277.
[9] E. de Chambost, A. Merkulov, P. Peres, B. Rasser and M. Schuhmacher, Applied Surface Science 231, 949 (2004).
[10] J. F. Ziegler, J. P. Biersack and U. Littmark. The Stopping and Range of Ions in Solids (Pergamon Press, New York, 1995), p. 202.
[11] M. Posselt, L. Bischoff and J. Teichert, J. Appl.
Phys. 93, 1004 (2003).
[12] M. Posselt, M. M¨ axder, R Gr¨ otzschel and M. Behar, Appl. Phys. Lett. 83, 545 (2003).
[13] S. Tian, S, H. Yang, S. Morris, K. Parab, A. F.
Tasch, D. Kamenitsa, R. Reece, B. Freer, R. B. Si- monton and C. Magee, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B 112, 144 (1996).
[14] A. Ster, M. Posselt, A. Hallen and M. Janson, In- ternational Conference on Ion Implantation Tech., 220 (IEEE, New Jersey, 2000).
[15] M. Nastasi, James W. Mayer, James and K. Hirvo-
nen Ion Solid Interaction : Fundamentals and Appli-
cations (Cambridge University Press, 1996), p. 141.
SIMS Measurement and Computer Simulation of the Depth Profiles of Ion Implantation for Various Dose Rates
Min Chul Park, Ho Chul Lee, You Kyoung Park, Kyung Nam Lee and Suk Tai Kang
∗Department of Physics, Yonsei University, Wonju 220-710
(Received 21 December 2007, in final form 15 May 2008)
We investigated the depth profiles in samples after implanting B ions on the surface of Si(100) by maintaining the dose at a constant energy while varying the dose rate. We measured the depth profiles of the implanted ions by using SIMS (secondary ion mass spectrometry) and confirmed the difference of depth profile with changing dose rate even with ions of constant energy. A similar result was obtained from a simulation done using the Crystal TRIM program. From the measured data and the computer simulations, we also confirmed that the tail part of the depth profile moved closer to the surface while implanted ions at a larges dose rate, but equal dose, proceeded inside the sample.
PACS numbers: 61.72Ss, 61.72Tt, 68.35Bs
Keywords: Si(100), Dose rate, Depth profile, SIMS, Crystal TRIM
∗
