Применение пленки Al2O3 для стабилизации зарядовых свойств границы раздела SiO2/p-Si
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2023-2-148-156
EDN: OPHQIG
Аннотация
Исследовано влияние пленок оксида алюминия, полученных методом ВЧ-катодного распыления мишени Al2O3 в среде аргона, на зарядовые свойства границы раздела SiO2/p-Si. Проведены измерения высокочастотных C—V-характеристик МДП-структур с однослойными диэлектрическими пленками: SiO2 толщиной 0,10 и 0,36 мкм, Al2O3 толщиной 0,14 мкм и двухслойными композициями на их основе. В качестве исходного материала были выбраны пластины марок КДБ-4,5 и КДБ-5000. Рассчитаны электрофизические параметры пленок, такие как UFB и Qss. Экспериментальные результаты подтвердили, что отрицательный встроенный заряд в пленке Al2O3 способен предотвратить образование инверсионного слоя на поверхности кремния р-типа проводимости, компенсируя положительный встроенный заряд в пленке SiO2 и обогащая поверхность полупроводника основными носителями, и таким образом позволяет стабилизировать зарядовые свойства границы раздела SiO2/p-Si. На примере многоплощадочного p—i—n-фоточувствительного элемента (ФЧЭ) подтверждена применимость пленки Al2O3 в качестве дополнительного диэлектрического покрытия в технологиях изготовления фотодиодов на основе высокоомного кремния p-типа проводимости. Установлено, что пассивация диоксида кремния пленкой Al2O3 на периферии и между элементами ФЧЭ позволяет улучшить вольт-амперные характеристики и сопротивление изоляции Rиз, что ведет к повышению процента выхода годных фотодиодов.
Ключевые слова
Об авторах
А. С. Ким
АО «НПО «Орион»;
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Россия
Россия
Ким Александра Сергеевна
Н. А. Серко
АО «НПО «Орион»
Россия
Россия
Серко Наталья Александровна
П. Е. Хакуашев
АО «НПО «Орион»
Россия
Россия
Хакуашев Павел Евгеньевич
А. Н. Колкий
АО «НПО «Орион»
Россия
Россия
Колкий Алексей Николаевич
С. Ю. Юрчук
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Россия
Россия
Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049
Сергей Юрьевич Юрчук — канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников
Список литературы
1. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. М.: Высшая школа; 1979. 368 с.
2. Патент (СССР) № 1072666А1. Манжа Н.М, Кокин В.Н., Чистяков Ю.Д., Патюков С.И. Способ изготовления полупроводниковых приборов с пристеночным p-n-переходами. Заявл.: 02.12.1981; опубл. 27.03.1996. URL: https://patents.google.com/patent/SU1072666A1/ru
3. Патент (РФ) № 174468U1, МПК H01L 31/028. Будтолаев А.К., Либерова Г.В. Многоплощадочный кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент. Заявл. 02.11.2016; опубл.: 16.10.2017. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU174468U1_20171016; https://www.elibrary.ru/krtsvh
4. Патент (РФ) № 181785U1, МПК H01L 31/028. Либерова Г.В., Хакуашев П.Е. Многоплощадочный кремниевый p-i-n-фотодиод. Заявл.: 19.02.2018; опубл.: 26.07.2018. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU181785U1_20180726; https://www.elibrary.ru/jiwnle
5. Robertson J. High dielectric constant gate oxides for metal oxide Si transistors. Reports on Progress in Physics. 2005; 69(2): 327—396. https://doi.org/10.1088/0034-4885/69/2/R02
6. Aarik J., Mändar H., Kirm M., Pung L. Optical characterization of HfO2 thin films grown by atomic layer deposition. Thin Solid Films. 2004; 466(1-2): 41—47. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.01.110
7. Зырянова А.С., Телеш Е.В. Исследование электрофизических параметров тонкопленочных структур HfO2/Si, полученных реактивным ионно-лучевым распылением. Материалы IX Междунар. науч. конф. «Материалы и структуры современной электроники». Минск, 14–16 октября, 2020. Белорус. гос. ун-т. Минск: БГУ; 2020. С. 51—55. URL: https://www.elibrary.ru/xjrffb
8. Hino S., Nakayama M., Takashi K., Funakubo H., Tokumitsu E. Characterization of hafnium oxide thin films by source gas pulse introduced metalorganic chemical vapor deposition using amino-family Hf precursors. Japanese Journal of Applied Physics. 2003; 42:(Pt 1, 9B): 6015—6018. https://doi.org/10.1143/JJAP.42.6015
9. Wu X., Landheer D., Graham M.J., Chen H.-W., Huang T.-Y., Chao T.-S. Structure and thermal stability of MOCVD ZrO2 films on Si (100). Journal of Crystal Growth. 2003; 250(3-4): 479—485. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(03)00827-3
10. Исмаилов Т.А., Саркаров Т.Э., Шахмаева А.Р., Шангереева Б.А. Технология получения защитной пленки оксида алюминия для полупроводниковых приборов и интегральных схем. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2008; (1): 50—56.
11. Романов Н.М., Мокрушина С.А. Влияние гамма-облучения на МДП-структуры с тонким оксидом Al2O3. Перспективные материалы. 2018; (2): 17—24. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2018-2-17-22
12. Gorshkov D.V., Sidorov G.Yu., Sabinina I.V., Sidorov Yu.G., Marin D.V., Yakushev M.V. The effect of the growth temperature on the passivating properties of the Al2O3 films formed by atomic layer deposition on the CdHgTe surface. Technical Physics Letters. 2020; 46(8): 741—744. https://doi.org/10.1134/S1063785020080064
13. Arnold S.M., Cole B.E. Ion beam sputter deposition of low loss Al2O3 films for integrated optics. Thin Solid Films. 1988; 165(1): 1—9. https://doi.org/10.1016/0040-6090(88)90673-6
14. Singh M.P., Shivashankar S.A. Low-pressure MOCVD of Al2O3 films using aluminium acetylacetonate as precursor: nucleation and growth. Surface and Coatings Technology. 2002; 161(2-3): 135—143. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00470-X
15. Martin I., Vetter M., Orpella A., Puigdollers J., Voz C., Marsal L.F., Pallares J., Alcubilla R. Characterization and application of a-SiCx:H films for the passivation of the c-Si surface. Thin Solid Films. 2002; 403–404: 476—479. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(01)01648-0
16. Arslambekov V.A., Kazarinova I.D., Gorbunova K.M. Oxidation of silicon. Russian Chemical Reviews. 1972; 41(1): 36—46. https://doi.org/10.1070/RC1972v041n01ABEH002027
17. Борисова Т.М., Кастро Р.А. Исследование диэлектрических свойств тонких пленок оксида алюминия, выращенных методом молекулярного наслаивания. Труды МФТИ. 2013; 5(1(17)): 21—25.
18. Shamala K.S., Murthy L.C.S., Narasimha Rao K. Studies on optical and dielectric properties of Al2O3 thin films prepared by electron beam evaporation and spray pyrolysis method. Materials Science and Engineering B. 2004; 106(3): 269—274. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2003.09.036
19. Зи С. Физика полупроводниковых приборов; пер. с англ. В 2-х кн. М.: Мир; 1984. Кн. 1. 456 с.
20. Равдель А.А., Пономарева А.М. Краткий справочник физико-химических величин. СПб.: СпецЛит; 1998. 232 с.
21. Бродский А.М., Гуревич Ю.Я., Плесков Ю.В., Ротенберг З.А. Современная фотоэлектрохимия: Фотоэмиссионные явления. М.: Наука; 1974. 167 с.
22. Бараночников М.Л. Приемники и детекторы излучений. Справочник. М.: ДМК Пресс; 2012. 640 с.
23. Патент (РФ) № 205303 U1, МПК H01L 31/028. Ким А.С., Колкий А.Н. Многоплощадочный кремниевый p-i-n-фотодиод с двухслойной диэлектрической пленкой. Заявл.: 10.03.2021; опубл.:08.07.2021. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU205303U1_20210708
Дополнительные файлы
Рецензия
Для цитирования:
Ким А.С., Серко Н.А., Хакуашев П.Е., Колкий А.Н., Юрчук С.Ю. Применение пленки Al2O3 для стабилизации зарядовых свойств границы раздела SiO2/p-Si. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2023;26(2):148-156. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2023-2-148-156. EDN: OPHQIG
For citation:
Kim A.S., Serko N.A., Khakuashev P.E., Kolky A.N., Yurchuk S.Yu. Application of Al2O3 film for stabilization of charge properties of the SiO2/p-Si interface. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2023;26(2):148-156. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2023-2-148-156. EDN: OPHQIG
Просмотров: 118
Послать статью по эл. почте 