Вплив активних обробок на процеси формування та властивості омічних та бар’єрних контактів до карбіду кремнію - Автореферат

Оскільки фізико-хімічні і структурні властивості перехідного шару в контакті метал-напівпровідник обумовлюють якість і надійність дискретних напівпровідникових приладів та інтегральних схем, то залишається актуальним пошук матеріалів для контактів, які забезпечують мінімально можливі перехідні шари, або взагалі не взаємодіючих з напівпровідником до температур, що значно перевищують робочі. В останні роки активізувався пошук таких контактів до карбіду кремнію (переважно карбіди, вольфраміди, нітриди туготопких металів). Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі: - вивчити вплив імпульсних термічних обробок (швидка термічна обробка, електроіскрова та електронно-променева обробки) на властивості омічних контактів до карбіду кремнію п-типу); вивчити фізичні процеси, які виникають на межі поділу контактів Ti (Ni) - n-SIC, які традиційно використовуються, а також TIBX (ZRBX) - n-SIC, під час активних впливів (швидка термічна обробка, g-радіація 60Со, мікрохвильове випромінювання); В роботі використані такі методи дослідження: метод вимірювання вольтамперних характеристик (ВАХ) в діапазоні температур 77 - 1000 К, який дозволяє отримувати основні параметри діодів Шотткі і вивчати механізми струмопереносу в контактах; метод електронної Оже-спектроскопії (ЕОС) для визначення профілю розподілу компонентів у контактах; метод атомно-силової мікроскопії (АСМ) для аналізу морфології поверхні металу та напівпровідника; метод вимірювання вольтфарадних характеристик (ВФХ) для визначення концентрації вільних носіїв заряду в карбіді кремнію; метод вторинної іонної мас-спектроскопії для визначення елементного складу в приповерхневому шарі карбіду кремнію; метод вимірювання передавальних характеристик діодів Шотткі для визначення параметрів детекторного діоду як сенсора НВЧ-потужності.ВАХ діода Шотткі із шунтуючим опором описується виразом: де - шунтуючий опір; - послідовний опір; - коефіцієнт ідеальності; - стала Больцмана; - температура; - площа барєра; - висота барєра, А - стала Річардсона, І0 - струм насичення. Ці вимірювання практично не залежать від політипу (21R SIC або 6H SIC) та грані, на якій сформовано контакт. Про це свідчать профілі розподілукомпонентів у вихідних контактів та тих, що пройшли ШТВ при Т = 1000°С (контакт Ni-n-6H SIC) та 1100°С (контакт Ni-n-21R SIC), наведені на рис. Аналіз ВАХ контактів Ni-6Н SIC, сформованих на гранях та , що піддані електроіскровій обробці перед напилюванням нікелю, показав, що контакти є омічними з достатньо низьким rc~(2,5?3)?10-3 W.см2, яке практично не змінюється при ШТВ від 400°С до 1100°С, незалежно від грані, на відміну від подібних контактів, виготовлених на не підданих електроіскровій обробці гранях та 6Н SIC. Контакти Ti-n-SIC, сформовані на обробленій таким чином поверхні SIC, були омічними з rc~6.10-4 W.см2, без попередньої ШТО, тоді як на вихідній (не підданій ЕПО) поверхні 6H SIC контакти Ti-n-SIC були випрямлюючими з jb » 0,63 ЕВ.Встановлено, що аморфні та квазіаморфні плівки TIBX (ZRBX), отримані магнетронним напилюванням на поверхню n-SIC, незалежно від політипу та грані, в результаті швидкої термічної обробки до 1000°С не зазнають структурних та фазових перетворень, що дозволило запропонувати їх у якості термостійких барєрних контактів до SIC. ВАХ діодних структур з барєром Шотткі TIBX(ZRBX) - n-SIC суттєво не змінюються після ШТО до 1000°С і зберігають барєрні властивості. Показано що формування невипрямляючого контакту на межі поділу Ni-n-6H(21R) - SIC при ШТВ некогерентним ІЧ опроміненням в інтервалі температур Т = 750-1100 ОС відбувається за рахунок утворення силіцидів нікелю і пониження внаслідок цього висоти барєру Шотткі (а при ЄПО - внаслідок формування розвинутого мікрорельєфу на межі поділу фаз) і підсилення генераційно-рекомбінаційних процесів при струмопереносі, що в обох випадках обумовлюють лінійність вольтамперних характеристик з питомим контактним опором 10-4 ? 10-3 W.см2. Встановлено, що електронно-променева обробка поверхні n-6H SIC перед нанесенням плівки металу (титану) призводить до видалення з поверхні SIC порушеного шару, а послідуюче напилювання титану на таку поверхню SIC формує омічний контакт з питомим опором ~6.10-4 W.см2 без високотемпературного впалювання. На основі аналізу прямих гілок ВАХ діодних структур з барєром Шотткі TIBX-n-6H SIC, виміряних у діапазоні температур 77-700 К і теоретичної підгонки ВАХ до експериментальних, показано, що надлишковий струм, повязаний з тунелюванням по дислокаціях, що перетинають область просторового заряду, домінує в широкому діапазоні температур (77-500 К), на відміну від низькотемпературного тунелювання, характерного для барєрних структур.

Основний зміст роботи

1. Встановлено, що аморфні та квазіаморфні плівки TIBX (ZRBX), отримані магнетронним напилюванням на поверхню n-SIC, незалежно від політипу та грані, в результаті швидкої термічної обробки до 1000°С не зазнають структурних та фазових перетворень, що дозволило запропонувати їх у якості термостійких барєрних контактів до SIC. ВАХ діодних структур з барєром Шотткі TIBX(ZRBX) - n-SIC суттєво не змінюються після ШТО до 1000°С і зберігають барєрні властивості.

2. Показано що формування невипрямляючого контакту на межі поділу Ni-n-6H(21R) - SIC при ШТВ некогерентним ІЧ опроміненням в інтервалі температур Т = 750-1100 ОС відбувається за рахунок утворення силіцидів нікелю і пониження внаслідок цього висоти барєру Шотткі (а при ЄПО - внаслідок формування розвинутого мікрорельєфу на межі поділу фаз) і підсилення генераційно-рекомбінаційних процесів при струмопереносі, що в обох випадках обумовлюють лінійність вольтамперних характеристик з питомим контактним опором 10-4 ? 10-3 W.см2.

3. Встановлено, що електронно-променева обробка поверхні n-6H SIC перед нанесенням плівки металу (титану) призводить до видалення з поверхні SIC порушеного шару, а послідуюче напилювання титану на таку поверхню SIC формує омічний контакт з питомим опором ~6.10-4 W.см2 без високотемпературного впалювання.

4. На основі аналізу прямих гілок ВАХ діодних структур з барєром Шотткі TIBX-n-6H SIC, виміряних у діапазоні температур 77-700 К і теоретичної підгонки ВАХ до експериментальних, показано, що надлишковий струм, повязаний з тунелюванням по дислокаціях, що перетинають область просторового заряду, домінує в широкому діапазоні температур (77-500 К), на відміну від низькотемпературного тунелювання, характерного для барєрних структур.

5. Розроблено та апробовано в експерименті терморегулюючий пристрій у діапазоні температур 77-1000 К і методику підвищення точності експериментальної оцінки параметрів барєра Шотткі: jb - не гірше 1,3%, п - не гірше 1,2%.

6. Показана можливість поліпшення параметрів барєрів Шотткі TIBX (ZRBX) - n-SIC та підвищення однорідності розподілу їх по пластині в результаті радіаційних обробок (мікрохвильове опромінення й опромінення g-квантами 60Со).

7. Запропонований високочутливий термостабільний детекторний діод, в якому в якості барєрного контакту до n-6H SIC використаний квазіаморфний шар TIBX і омічного контакту - силіцид нікелю.

Основні результати дисертації опубліковані в наступних роботах

1. Болтовец Н.С., Иванов В.Н., Иванов В.Н., Конакова Р.В., Кудрик Я.Я., Литвин О.С., Литвин П.М., Миленин В.В. Межфазные взаимодействия и особенности структурной релаксации в контактах TIBX-n-GAAS (INP, GAP, 6H SIC), подвергнутых активным обработкам // ФТП. - 2004. - Т.38. - №7. - С. 769-774.

2. Boltovets N.S., Zorenko A.V., Ivanov V.N., Vlaskina S.I., Konakova R.V., Kudryk Ya. Ya., Lytvyn P.M., Lytvyn O.S., Milenin V.V., Abdizhaliev S.K. Peculiarites of the formation and thermal stability of barrier contacts in high-sensivity silicon carbide detector diodes // Technical Physics Letters. - 2003. - V.29. - №1. - Р.47-55.

3. Konakova R.V., Rengevich O.E., Kurakin A.M., Kudryk Ya. Ya. A universal automatized complex for control and diagnostics of semiconductor devices and structures // Semiconductor Phys., Quantum and Optoelectronics. - 2002. - V.5. - №4. - Р.449-452.

4. Abdizhaliev S.K., Ismailov K.A., Kamalov A.B., Kudryk Ya. Ya. Effect of microwave treatment on the parameters of Au-TIBX-GAAS (SIC 6H) surface-barrier structures // Semiconductor Phys., Quantum and Optoelectronics. - 2003. - V.6. - №2. - Р.202-204.

5. Boltovets N.S., Ivanov V.N., Konakova R.V., Kudryk Ya. Ya., Milenin V.V., Lytvyn O.S., Lytvyn P.M., Vlaskina S.I., Agueev O.A., Svetlichny A.M., Soloviev S.I., Sudarshan T.S. SIC Schottky-barrier diodes formed with TIBX and ZRBX amorphous layers // Semiconductor Phys., Quantum and Optoelectronics. - 2004. - V.7. - №1. - Р.60-62.

6. S.P. Avdeev, O.A. Agueev, R.V. Konakova, Ya. Ya. Kudryk, O.S. Lytvyn, P.M. Lytvyn, V.V. Milenin, D.A. Sechenov, A.M. Svetlichny, S.I. Soloviev, T.S. Sudarshan. Effect of pulse thermal treatments on the Ni(Ti)-n-21R(6H) - SIC contact parameters // Semiconductor Phys., Quantum and Optoelectronics, 2004. V.7, №3. p. 272-278.

7. Абдижалиев. С.К., Кудрик Я.Я. Электрофизические свойства диодов Шоттки под действием микроволнового излучения // Петербургский журнал электроники. 2004, №2, с. 48-53.

8. Boltovets N.S., Ivanov V.N., Abdizhaliev S.K., Konakova R.V., Kudryk Ya. Ya., Lytvyn P.M., Lytvyn O.S., Milenin V.V., Rengevich O.E., Venger E.F., Vlaskina S.I. Interactions between phases and thermal stability of TIBX (ZRBX)-n-SIC 6H contacts // Proc. the Fourth International Conference on Advanced Semiconductor Devices and Microsystems. - Smolenice Castle (Slovakia). - 14-16 October, 2002. - Р.95-98.

9. Boltovets N.S., Ivanov V.N., Zorenko A.V., Konakova R.V., Kudryk Ya. Ya., Milenin V.V., Abdizhaliev S.K. Highly sensitive microwave detecting Au-TIBX-n-SIC 6H diodes // Proc. International Semiconductor Conference CAS 2002. - Sinaja (Romania). - 8-12 October, 2002. - Р.49-52.

10. Кудрик Я.Я. Исследование термостойких барьерных контактов к монокристаллам n-6H SIC // Труды четвертой международной научно-технической конференции «Микроэлектронные преобразователи и приборы на их основе» (МЭПП-2003). - Баку-Сумгаит (Азербайджан). - 16-18 декабря, 2003. - С. 22-26.

11. Boltovets N.S., Ivanov V.N., Svechnikov Yu.N., Belyaev A.E., Avksentiev A. Yu., Konakova R.V., Kudryk Ya. Ya., Kurakin A.M., Milenin V.V. Ohmic and barrier contacts to SIC - and GAN-based microwave diodes // Proc. 14th International Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology (CRIMICO’2004). - Sevastopol (Crimea, Ukraine). - 13-17 September, 2004. - Р.526-527.

12. Болтовец.Н.С., Іванов В.Н., Абдижалиев С.К., Конакова Р.В., Кудрик Я.Я., Литвин О.С., Литвин П.М., Миленин В.В., Ренгевич А.Е. Термостойкие барьеры Шоттки Au-ZRBX-n-SIC 6H // Труды 12ой Международной крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (CRIMICO’2002). - Севастополь (Крым, Украина). - 9-13 сентября, 2002. - Р.159-160.

13. Болтовец Н.С., Иванов В.Н., Конакова Р.В., Кудрик Я.Я., Миленин В.В., Агеев О.А., Светличный А.М., Соловьев С., Sudarshan T.S. Технологические аспекты создания планарных микроволновых диодов с барьером Шоттки Au-Ti (ZRBX) - n-n 4H SIC // Труды 13ой Международной крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникации» (CRIMICO’2003). - Севастополь. - 8-12 сентября, 2003. - Р. 562-563.

14. Болтовец Н.С., Данильченко Б.А., Конакова Р.В., Кудрик Я.Я., Миленин В.В. Влияние малых доз g-радиации на параметры карбидкремниевых диодов Шоттки // Труды XIV международного совещания «Радиационная физика твердого тела». - Севастополь. - 5-10 июля, 2004. - Р.409-413.

15. Абдижалиев С.К., Кудрик Я.Я. Влияние микроволнового излучения на электрофизические свойства диодов с барьером Шоттки Au-TIBX-n-SIC 6H // Труды XIV международного совещания «Радиационная физика твердого тела». - Севастополь. - 5-10 июля, 2004. - с. 439-444.

16. Болтовец Н.С., Іванов В.Н., Капитанчук Л.М., Конакова Р.В., Кудрик Я.Я., Литвин О.С., Литвин П.М., Миленин В.В. Межфазные взаимодействия и механизм структурной релаксации в контактах TIBX-n-GAAS (INP, GAP, SIC) // Матеріали ІХ міжнародної конференції «Фізика і технологія тонких плівок». - Івано-Франківськ. - 19-24 травня, 2003. - с. 187-188.

17. Кудрик Я.Я Исследование термостойких барьерных контактов к SIC // Матеріали ІХ міжнародної конференції «Фізика і технологія тонких плівок». - Івано-Франківськ. - 19-24 травня, 2003. - Р.210-211.

18. Миленин В.В., Конакова Р.В., Кудрик Я.Я., Литвин О.С., Литвин П.М, Власкина С.И., Родионов В.Е. Межфазные взаимодействия и эффекты релаксации внутренних механических напряжений в структурах TIB2-GAAS (INP, GAP, SIC) // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції «Структурна релаксація у твердих тілах». - Вінниця: - 13-15 травня, 2003. - с. 124-125.

19. Болтовец Н.С., Конакова Р.В., Власкина С.И., Кудрик Я.Я., Миленин В.В., Литвин П.М., Абдижалиев С.К., Исмайлов К.А., Капитанчук Л.М. Влияние быстрых термических и СВЧ обработок на барьерные свойства контакта TIBX-n-SIC 6H // Труды III международной конференции «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах». - Томск. - 29 июля-3 августа, 2002. - С. 256-258.

20. Болтовец Н.С., Іванов В.Н., Абдижалиев С.К., Конакова Р.В., Кудрик Я.Я., Литвин П.М., Литвин О.С., Миленин В.В., Ренгевич А.Е. Электрофизические свойства контактов ZRBX (TIBX) - n-6H SIC, подвергнутых быстрому термическому отжигу // Труды восьмой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы микроэлектроники и твердотельной электроники», часть 1. - Дивноморское (Россия). - 14-19 сентября, 2002. - С. 120-123.

21. Агеев О.А., Светличный А.М., Сеченов Д.А., Конакова Р.В., Кудрик Я.Я., Литвин О.С., Миленин В.В., Авдеев С.П. Применение импульсной термообработки для модификации параметров контактов металл-карбид кремния // Труды девятой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы микроэлектроники и твердотельной электроники», часть 1. - Дивноморское (Россия). - 12-17 сентября, 2004. - С. 144-146.

22. Болтовец Н.С., Конакова Р.В., Кудрик Я.Я., Литвин П.М., Миленин В.В., Агеев О.А., Сеченов Д.А., Светличный А.М., Саченко А.В. Особенности токопереноса в SIC диодах Шоттки при прямом смещении // Труды девятой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы микроэлектроники и твердотельной электроники», часть 1. - Дивноморское (Россия). - 12-17 сентября, 2004. - С. 144-146.

23. Agueev O.A., Avdeev S.P., Konakova R.V., Kudryk Ya. Ya., Lytvyn O.S., Milenin V.V., Sechenov D.A., Svetlichny A.M., Soloviev S.I., Sudarshan T.S. Rapid thermal processing of metal contacts to SIC substrates //Abstracts V International seminar on Silicon Carbide and Related Materials (ISSCRM). - Velikiy Novgorod (Russia). - 25-26 May, 2004. - Р.87-88.

24. Agueev O.A., Avdeev S.P., Konakova R.V., Kudryk Ya. Ya., Lytvyn O.S., Milenin V.V., Sechenov D.A., Svetlichny A.M., Soloviev S.I., Sudarshan T.S. Some features of current flow in forward-biased silicon carbide Schottky diodes and p-n junctions //Abstracts V International seminar on Silicon Carbide and Related Materials (ISSCRM). - Velikiy Novgorod (Russia). - 25-26 May, 2004. - Р.115.

25. Boltovets N.S., Ivanov V.N., Kapitanchuk L.M., Vlaskina S.I., Konakova R.V., Lytvyn P.M., Lytvyn O.S., Milenin V.V., Abdizhaliev S.K., Rengevich O.E., Rodionov V.E. Effect of rapid thermal annealing on the barrier properties of TIBX-n-6H SIC contact // Abstracts IV International seminar on Silicon Carbide and Related Materials (ISSCRM-2002). - Velikiy Novgorod (Russia). - 30-31 May, 2002. - Р.65-66.

26. Конакова Р.В., Болтовец Н.С., Иванов В.Н., Кудрик Я.Я., Миленин В.В., Литвин О.С, Литвин П.М, Агеев О.А., Светличный А.М., Соловьев С., Sudarshan T.S. SIC Schottky-barrier diodes formed with TIBX and ZRBX amorphus layers //Abstracts 10th International Conference on Silicon Carbide and Related Materials ICSCRM2003. - Lyon.-France. - 5-10 October, 2003. - Р.175.

Размещено на .ru