Регистрация / Вход
Прислать материал

ВЛИЯНИЕ КИСЛОРОДА НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЁНОК SIPOS

Сведения об участнике
ФИО
Барков Константин Александрович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Материалы для электроники
Тема
ВЛИЯНИЕ КИСЛОРОДА НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЁНОК SIPOS
Резюме
Слои полуизолирующего кремния типа SIPOS позволяют повысить стабильность зарядовых состояний пассивирующих покрытий для полупроводниковых приборов и интегральных схем, и повысить пробивные напряжения дискретных приборов. Удельное сопротивление пленок SIPOS монотонно возрастает и варьируется в диапазоне 10^8÷10^10 Ом∙см при содержании кислорода 15–35 ат. %. Однако современная информация о фазовом составе и структуре пленок SIPOS противоречива. Поэтому в настоящей работе проведены исследования влияния состава газовой смеси в технологическом реакторе при получении слоев SIPOS методом CVD на их фазовый состав и электрические свойства.
Ключевые слова
SIPOS, Semi-Insulating Polycrystalline of Silicon, ПКЛК, поликристаллический кремний легированный кислородом
Цели и задачи
Изучение влияния кислорода на фазовый состав и электрические свойства плёнок SIPOS, полученных на предприятии ЗАО ВЗПП «Микрон».
Введение

Сегодня практически каждый элемент интегральной схемы изготавливается с применением поликремния. Однако этот материал высоко чувствителен к технологическим условиям и даже самые малые отклонения от рабочих параметров, подобранных для конкретной технологической линии, приводят к повышению числа бракованных изделий. Данного недостатка лишен полуизолирующий поликристаллический кремний легированный кислородом. Несмотря на то, что технологические процессы создания приборов с использованием поликремния и ПКЛК очень похожи, всё же они несколько отличаются. Поэтому для серийного изготовления приборов высокого качества необходимо, во время отработки новой технологии, тщательно исследовать образцы на различных этапах производства.

Методы и материалы

Пленки SIPOS на подложках (111) и (100) получали методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) при пониженном давлении (P=20 Па) и температуре 638оС. Расход силана составлял 8 л/ч с добавлением в различных соотношениях закиси азота к потоку силана. Кроме того, после формирования пленок половина пластины отжигалась при 900 оС в атмосфере азота 2 в течение 30 минут, и затем на обе части пластины напылялись  алюминиевые контакты для измерения электрических свойств.

Фазовый состав плёнок определялся стандартным рентгено-дифракционным методом на дифрактометре ДРОН-4 и методом просвечивающей электронной микроскопии. Методом ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии (УМРЭС) определяли наличие и соотношение аморфных фаз a-Si и a-SiOx, а также кристаллического c-Si в слоях различной толщины от 10 до 120 нм без разрушения образца путем изменения высокого напряжения на рентгеновской трубке спектрометра-монохроматора РСМ-500. Элементный состав плёнок по глубине контролировался методом Оже-спектроскопии. С помощью алюминиевых контактов различной площади, нанесенных по всей поверхности пластины, и цифрового осциллографа АКТАКОМ (АСК-3106) измерялись вольт-амперные характеристики на различных частотах, и по линейному участку вначале ВАХ определяли удельное сопротивление.

Описание и обсуждение результатов

Как показали результаты комплексных исследований, наличие кислорода приводит к формированию в слое фазы аморфного кремния с некоторым  количеством субоксидов. Увеличение содержания в газовой среде реактора закиси азота приводит к увеличению содержания оксидной фазы, но основной остается фаза аморфного кремния. На рис.1 представлены 2,3-спектры плёнок , полученных при различных соотношениях объёмного потока закиси азота к потоку силана 2/4= = 0; 0.05; 0.1; 0.15, показывающие увеличение вклада связанного кислорода по росту плотности состояний в области О2р-состояний. Фазовый анализ по этим спектрам дает увеличение содержания 2 в композитной пленке от 5% до 20% (таблица 1). При этом удельное сопротивление пленок растет от ~120 Ом∙см до ~240 кОм∙см.

 Рис.1 Рентгеновские эмиссионные SiL2,3-спектры оксида кремния (SiO2), пленок SIPOS с различным γ, аморфного (a-Si:H) и кристаллического кремния (c-Si).

Таблица 1. Результаты фазового анализа пленок с различным γ.

Отжиг кремниевых структур при 900оС в атмосфере азота  N2 увеличивает содержание оксидных фаз в слоях SIPOS. Последний результат свидетельствует о наличии в полученных методом CVD слоях SIPOS, наряду со связанным, избыточного свободного кислорода, который при отжиге активно взаимодействует с материалом пленки.

Рис 2. ВАХ образца SIPOS №86(13) с содержанием кислорода 10%.

Рис 3. ВАХ образца SIPOS №87(16’) с содержанием кислорода 15%.

Используя значения вблизи нуля вольт-амперных характеристик для каждого образца, рассчитали удельное сопротивление пленок SIPOS, результаты расчетов представлены в таблице 2. Для образца 87(16’) не удалось посчитать удельное сопротивление, так как нет линейного участка ВАХ вблизи нуля.

 

Номер контакта

Номер образца

A(2 мм)

B(1.6 мм)

C(1.2 мм)

84(9)

124

105

98

84(10’)

214700

604000

265400

86(13)

170

120

120

86(14’)

8619

9600

16670

87(15)

242700

322150

670000

Таблица 2. Удельное сопротивление пленок SIPOS [Ом*см].

 

Используемые источники
1. А.С. Турцевич «Получение полуизолирующего кремния для высоковольтных приборов»\ Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2008г, №1\
5. А.С. Турцевич, Л.П. Ануфриев «Начальная стадия роста слоёв поликристаллического кремния, легированного фосфором в процессе роста»\ Электронная техника № 4,5 1993г.\ с 57-59
6. А.С. Турцевич «Влияние условий осаждения поликристаллического кремния на его структурно-морфологические свойства».\ с 227-232
7. Т.М. Зимкина, В.А. Фомичев «Ультрамягкая рентгеновская спектроскопия»\ с. 10
8. А. Мишетт «Оптика мягкого рентгеновского излучения»\ с 11-15
9. В. В. Немошкаленко\ «Теоретические основы рентгеновской эмиссионной спектроскопии»\ с. 313-317
Information about the project
Surname Name
Barkov Konstantin
Project title
THE INFLUENCE OF OXYGEN ON PHASE COMPOSITION AND ELECTRICAL PROPERTIES OF THIN FILMS OF SEMI-INSULATING POLYCRYSTALLINE OF SILICON
Summary of the project
Layers of semi-insulating silicon type SIPOS enhance the stability of the charge States of piscivorous coatings for semiconductor devices and integrated circuits, and increase the breakdown voltage of discrete devices. The resistivity of the SIPOS films monotonically increases and varies in the range of 10^8÷10^10 Ohm cm in the oxygen content of 15-35 at. %. However, current information about the phase composition and the structure of SIPOS films are contradictory. Therefore, the present work investigated the effect of gas mixture composition in the process reactor upon receipt of the SIPOS layers by the CVD method on the phase composition and electrical properties.
Keywords
SIPOS, Semi-Insulating Polycrystalline of Silicon