УДК 621.382.2 РОДИОНОВ М.А., РОЖКОВ В.А., ПАШИН А.В.

ПАССИВИРУЮЩИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ЭЛЕМЕНТОВ
ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Самарский государственный университет, Россия, 443011, г. Самара,
ул. Акад. Павлова, 1, Тел. (8462)34-54-55, Факс (8462)34-54-17,
e-mail: rozhkov@ssu.samara.ru

В современной микро- и наноэлектронике широкое применение полу-
чили приборы и элементы интегральных схем (ИС) на основе структур
металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Диэлектрический слой МДП-
приборов и элементов ИС должен удовлетворять высоким требованиям,
основными из которых являются высокая электрическая прочность, малые
токи утечки, устойчивость к внешним воздействиям, а также возможность
получения границы раздела с полупроводником, обладающей низкими
рекомбинационными потерями. К перспективным диэлектрическим мате-
риалам для создания диэлектрического слоя МДП-приборов относятся
оксиды редкоземельных элементов (РЗЭ), которые характеризуются высо-
кой химической и термической стойкостью, большими значениями ди-
электрической проницаемости, удельного сопротивления и пробивных
напряжений. Кроме того, на основе оксидов РЗЭ возможно изготовление
двухслойных диэлектрических пленок, применение которых позволяет
заметно улучшить электрическую стабильность изготавливаемых прибо-
ров. Однако до настоящего времени остаются не изученными рекомбина-
ционные характеристики кремния, покрытого двухслойной пленкой из
оксидов РЗЭ. В связи с этим, целью данной работы являлось изучение эф-
фективного времени жизни и скорости поверхностной рекомбинации не-
равновесных носителей заряда в пластинах кремния, пассивированных
двухслойными диэлектрическими пленками из оксида иттербия и оксида
диспрозия.
Исследуемые образцы вырезались из полированных пластин монокри-
сталлического кремния марки КЭФ-20. Перед изготовлением пленок окси-
дов РЗЭ часть кремниевых пластин проходила ультразвуковую мойку в
ацетоне, другая часть образцов для снятия естественного окисла подверга-
лась химической обработке путем травления их в водном растворе плави-
ковой кислоты состава HF:H2O (1:10). В некоторых случаях после этой
обработки образцы кипятились в перекисно-аммиачном растворе (ПАР)
следующего состава: NH4OH:H2O2:H2O (1:1:3). Двухслойные металличе-
ские пленки наносились на обе поверхности кремниевой пластины мето-


дом термического распыления редкоземельного металла в вакууме. На
каждую сторону кремниевой подложки последовательно напылялись слои
иттербия и диспрозия. Полученные пленки РЗЭ окислялись в кварцевом
реакторе, помещенном в трубчатую муфельную печь, на воздухе при тем-
пературе 620 0С в течение 40 мин. В качестве омических контактов ис-
пользовались слои диспрозия и алюминия, последовательно нанесенные на
кремниевые образцы методом термического распыления в вакууме.
Для измерения эффективного времени жизни эфф использовался широ-
ко применяемый метод релаксации нестационарной фотопроводимости
при освещении образца прямоугольными импульсами света. Для эффек-
тивного времени жизни тонких образцов справедливо соотношение [1]:
1
1
2S
=
+
,


d
эфф
0
где 0 - время жизни неравновесных носителей заряда в объеме полупро-
водника, d - толщина полупроводника, S - скорость поверхностной реком-
бинации.
Объемное время жизни определялось из зависимости эффективного
времени жизни неравновесных носителей заряда от толщины полупровод-
никового образца. На рис.1 представлена указанная зависимость, получен-
ная из измерений эфф, для образцов разной толщины. Экспериментальные
значения хорошо укладываются на прямую в координатах 1/эфф от 1/d.
Оценка объемного времени жизни, проведенная из экспериментальных
зависимостей, дает значения о≥200 мкс для всех исследованных образцов.


1,6
1
-5
1


10 , -
с

эфф


1,2

1

0,8



2
0,4

1
1
-
1
-


10 , см
d

0

0
2
4
6

Рис. 1. Зависимость эффективного времени жизни нер
авновесных носите-
лей заряда от толщины подложки с реальной (1) и пассивированной двух-
слойной пленкой из Yb2O3 и Dy2O3 (2) поверхностью кремния.


Определение скорости поверхностной рекомбинации проводилось из
измерения эффективного времени жизни. Так как измеренные величины
эффективного времени жизни не превышали 38 мкс и выполнялось нера-
венство 1/эфф>>1/0, то в выражении для скорости поверхностной реком-
бинации величиной 1/0 пренебрегали. В таблице представлены получен-
ные значения скорости поверхностной рекомбинации и эффективного вре-
мени жизни неравновесных носителей заряда в кремниевых образцах,
прошедших различную обработку, до и после нанесения пленок оксидов
РЗЭ.
Таблица
Материал
Вид обработки поверхно-
эфф,
S,
Пленки
сти кремния
мкс
см/с
Без пленки
HF:H2O
8-10
2250-1800
Без пленки
HF:H2O+ПАР
10-12
1800-1500
Без пленки
Ультразвуковая мойка
10-12
1800-1500
Yb2O3-Dy2O3
HF:H2O
33-36
540-500
Yb2O3-Dy2O3
HF:H2O+ПАР
35-38
510-470
Yb2O3-Dy2O3
Ультразвуковая мойка
28-30
640-600

Приведенные результаты свидетельствуют об увеличении значений
эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда и умень-
шении величин скорости поверхностной рекомбинации при нанесении
пленок оксидов РЗЭ. Сравнение полученных рекомбинационных характе-
ристик показывает, что скорость поверхностной рекомбинации в системе
Si-Yb2O3-Dy2O3 на 1 - 2 порядка меньше аналогичного параметра в широко
применяемых в полупроводниковой электронике структурах Si-SiО2 и
Si-SiО2-Si3N4 [2].
Таким образом, проведенные исследования показывают высокую эф-
фективность и перспективность использования двухслойных диэлектриче-
ских пленок оксидов РЗЭ в качестве пассивирующих диэлектрических по-
крытий полупроводниковых приборов и элементов ИС, применяемых в
микро - и наноэлектронике.

1. Ржанов А.В. Электронные процессы на поверхности полупроводни-
ков. М.: Наука, 1971. -480 с.
2. Саченко А.В., Новоминский Б.А., Калшабеков А.С. // Тез. докл. XII
Всесоюз. научн. конф. по микроэлектронике. Часть 3. 1987. Тбилиси. -
С. 143.

Document Outline