Быстрый термический отжиг в технологиях изготовления диодных и фотодиодных структур на основе кремния

Исследовано влияние быстрого термического отжига в атмосфере H₂ на омические свойства контакта на примере двухслойной композиции Ti/Au к р⁺-Si. Показано, что быстрый термический отжиг в атмосфере H2 при температуре 340 °С в течение 20 с позволяет получить омический контакт с минимальным удельным сопротивлением. Это объясняется образованием силицидов титана на границе раздела Si/Ti. Также известно образование силицидов на границе раздела других переходных металлов, таких как Ni, Pd и Cr и кремния, что определяет применимость быстрого термического отжига для получения омических контактов на их основе. На примере ограничительного диода p⁺—n подтверждена применимость процесса импульсной термообработки в технологиях изготовления кремниевых диодов для снижения последовательного сопротивления и как следствие повышения процента выхода годных.
Кроме того, Исследовано влияние быстрого термического отжига в атмосфере H₂ на уровень обратного темнового тока на примере кремниевого многоплощадочного p—i—n фоточувствительного элемента. Экспериментальные результаты показали улучшение темновых токов фоточувствительных площадок и охранного кольца фоточувствительного элемента после проведения быстрого термического отжига в атмосфере H₂ при температуре 450 °С в течение 5 с и как следствие повышение процента выхода годных фотодиодов. Это объясняется уменьшением плотности поверхностных состояний и стабилизацией зарядовых свойств на границе раздела SiO₂/p-Si за счет насыщения оборванных Si-связей водородом. Подтверждена применимость быстрого термического отжига в атмосфере H₂ в технологиях изготовления фотодиодов на основе высокоомного p-Si для снижения темновых токов.

1. Chen L.J. (ed.). Silicide technology for integrated circuits. London: Institution of Electrical Engineers; 2004. 279 p.

2. Gambino J.P., Colgan E.G. Silicides and ohmic contacts. Materials Chemistry and Physics. 1998; 52(2): 99—146. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(98)80014-X

3. Вавилов К., Киселев В.Ф., Мукашев Б.Н. Дефекты в кремнии и на его поверхности. М.: Наука; 1990. 216 с.

4. Hiraki A. Low temperature reactions at Si/metal interfaces; What is going on at the interfaces? Surface Science Reports. 1983; 3(7): 357—412. https://doi.org/10.1016/0167-5729(84)90003-7

5. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. М.: Радио и связь; 1987. 464 с.

6. Гриценко В.А. Структура границ раздела кремний/оксид и нитрид/оксид. Успехи физических наук. 2009; 179(9): 921—930. https://doi.org/10.3367/UFNr.0179.200909a.0921

7. Бурлаков Р.Б. К вопросу об определении удельного контактного сопротивления TLM-методом с прямоугольными контактами к полупроводникам. Вестник Омского университета. 2018; 23(4): 78—86. https://doi.org/10.25513/1812-3996.2018.23(4).78-86

8. Aldosari H.M., Cooley K.A., Yu Sh.-Y., Simchi H., Mohney S.E. Very low-resistance Mo-based ohmic contacts to GeTe. Journal of Applied Physics. 2017; 122(17): 175302. https://doi.org/https://doi.org/10.1063/1.4990407

9. Holland A.S., Pan Y., Alnassar M.S.N., Luong St. Circular test structures for determining the specific contact resistance of ohmic contacts. Facta Universitatis-series: Electronics and Energetics. 2017; 30(3): 313—326. https://doi.org/10.2298/FUEE1703313H

10. Gupta S., Paramahans M.P., Mishra K.R., Nainani A., Abraham M. C., Lodha S. Contact resistivity reduction through interfacial layer doping in metal-interfacial layer-semiconductor contacts. Journal of Applied Physics. 2013; 113(23): 234505. https://doi.org/10.1063/1.4811340

11. Солдатенков Ф.Ю., Сорокина С.В., Тимошина Н.Х., Хвостиков В.П., Задиранов Ю.М., Растегаева М.Г., Усикова А.А. Снижение омических потерь и повышение мощности фотоэлектрических преобразователей на основе антимонида индия. Физика и техника полупроводников. 2011; 45(9): 1266—1273.

12. Jang H.W., Kim K.H., Kim J.K., Hwang S.-W., Yang J.J., Lee K.J., Son S.-J., Lee J.-L. Low-resistance and thermally stable ohmic contact on p-type GaN using Pd/Ni metallization. Applied Physics Letters. 2001; 79(12): 1822—1824. https://doi.org/10.1063/1.1403660

13. Lu C., Chen H., Lv X., Xie X., Mohammad S.N. Temperature and doping-dependent resistivity of Ti/Au/Pd/Au multilayer ohmic contact ton-GaN. Journal of Applied Physics. 2002; 91(11): 9218—9224. https://doi.org/10.1063/1.1471390

14. Андреев А.Н., Растегаева М.Г., Растегаев В.П., Решанов С.А. К вопросу об учете растекания тока в полупроводнике при определении переходного сопротивления омических контактов. Физика и техника полупроводников. 1998; 32(7): 832—838.

15. Свойства элементов. Справочник. Под. ред. М.Е. Дрица. М.: Металлургия; 1985. 672 с.

16. Березин Б.Я., Кац С.А., Кенисарин М.М., Чеховской В.Я. Теплота и температура плавления титана. Теплофизика высоких температур. 1974; 12(3): 524—529.

17. Бестугин А.Р., Филонов О.М., Киршина И.А., Андреева Е.В. Особенности проектирования технологического процесса изготовления инерционного элемента микромеханического датчика на поверхностных акустических волнах. В сб.: III Междунар. науч.-техн. конф. «Радиотехника, электроника и связь (РЭИС-2015)». Омск, 06–08 октября 2015. М.: ООО Издательский дом «Наука»; 2015. С. 438—443.

18. Филачев А.М., Таубкин И.И., Тришенков М.А. Твердотельная фотоэлектроника. Фотодиоды. М.: Физматкнига; 2011. 446 с.

19. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М.: Высш. школа; 1986. 368 с.

20. Коледов Л.А. Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок. М.: Радио и связь; 1989. 400 с.

21. Патент (РФ) № 2015630066. Либерова Г.В., Маркова Т.Л., Рыбаков А.В. Кристалл кремниевого ограничительного диода. Заявл.: 16.04.2015; опубл.: 20.07.2015.

22. Патент (РФ) № 2790272, МПК H01L 21/28, H01L 31/18. Ким А.С., Серко Н.А. Способ формирования омических контактов к кремнию на основе двухслойной системы металлизации Ti/Au. Заявл.: 03.08.2022; опубл.: 15.02.2023. https://yandex.ru/patents/doc/RU2790272C1_20230215

23. Бараночников М.Л. Приемники и детекторы излучений. Справочник. М.: ДМК Пресс, 2012. 640 с.

24. Описание полезной модели к патенту (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.