Формирование слоёв силицидов платины для высокотемпературных диодов Шоттки Факультет радиофизики и электроники Кафедра физической электроники Белорусский государственный университет Цель: исследовать процесс формирования силицидов платины при низкотемпературном отжиге. Задачи: исследовать особенности формирования силицидов платины в диапазоне температур от С при различных длительностях отжига; с помощью РОР определить фазовый состав и концентрационные профили полученных образцов; исследовать особенности электрических характеристик силицидов платины, сформированных при низких температурах. Студент 5-ого курса Конопляник И.В. Руководитель: д. ф.-м. наук, профессор Комаров Ф.Ф.

2 Силовые диоды Шоттки. Области применения силицидов. Ячейка кристалла силового диода Шоттки. Силицидφ В, эВ PtSi0,87 Pt 2 Si0,78 NiSi0,68 Ni 2 Si0,68 VSi 2 0,7±0,04 Значения высот барьера Шоттки для различных силицидов на кремнии n -типа

3 Области применения силицидов. Общие электрические характеристики диодов Шоттки. Фирма-изготовитель Технологический процесс Максимальная высота барьера, мВ Максимальная плотность обратного тока, мА/мм 2 Максимальное прямое падение напряжения, мВ Максимально допустимое обратное напряжение, В Максимально допустимая температура перехода, °С International Rectifiers …66526… … … … …7802, …8300, …8801,5640 ST Microelectronics 25… …69018…35320…350 40…45720…74016…28370… …72013… ,7…6450… …8900,55…0,9580…610

4 Страна, фирма Тип матрицы Рабочая область спектра, мкм Формат (число пикселей) Размер пикселя, мкм Рабочая температура °К Температурная чувствительность (NETD), м°К Германия, AEG Infrared-Module GmbH PtSi x25624x2475 США, HughesPtSi x25630x3040 США, Boeing Comp. PtSi x24030x x64024x2470 РФ, ЗАО Матричные технологии PtSi x12827x x25625x25 512x51214x14 Тепловизорные приборы. Области применения силицидов.

5 Факторы, управляющие процессом зарождения фазы силицида: чистота границы раздела металл-кремний; химическая чистота материалов плёнки и подложки; диффузионная способность атомов металла по отношению к кремнию или наоборот; температура взаимодействия. Методы формирования силицидов.

6 Между временем образования силицидов и температурой реакции существует экспоненциальная зависимость: Плёнка металла на кремнии Важно, что состав формируемых фаз силицида во многом определяется соотношением толщин исходной плёнки металла и кремния. где τ – время образования силицида; К – постоянная; Q – энергия активации; Т – температура реакции. d Me < d Si Pt 2 Si и PtSi; Ni 2 Si, Ni 5 Si 2 и Ni 3 Si d Me >d Si Pt 2 Si и Pt 3 Si; Ni 2 Si, NiSi и NiSi 2 Методы формирования силицидов.

7 2. Высокотемпературный отжиг. Проблемы: нежелательные диффузионные процессы; механические и термические напряжения. 3. Очистка сформированных структур от непрореагировавшего металла. Проблемы: химическая стойкость металлов к травителям; подтравливание сформированных структур. 1. Предварительная очистка и нанесение металлической плёнки. Проблемы: сильная зависимость скорости формирования от наличия плёнки оксида; сильная зависимость параметров силицидов от чистоты границы раздела металл – полупроводник. Традиционная технология получения силицидов платины

8 Резерфордовское обратное рассеяние (РОР/RBS). Схема обратного рассеяния ионов в образце. Упругое соударение иона с изолированным атомом.

9 где D – полное число ионов, падающих на образец; Nt – слоевая концентрация атомов;. Резерфордовское обратное рассеяние (РОР/RBS). Выход обратнорассеянных ионов: Формула Резерфорда (дифференциальное сечение)

10 Резерфордовское обратное рассеяние (РОР/RBS). РОР спектры смоделированных структур Pt, Pt 2 Si и PtSi. Примерный РОР спектр плёнки силицида на кремнии.

11 РОР анализ образцов. Отжиг при 500°C 30 минут. РОР спектры от образцов, отожжённых в течение 30 минут при температуре С. Концентрационные профили образцов, отожжённых в течение 30 минут при температуре С.

12 РОР анализ образцов. Отжиг при 300°C 3 и 4 часа. РОР спектры от образцов, отожжённых в течение 3 и 4 часов при температуре С. Концентрационные профили образцов, отожжённых в течение 3 и 4 часов при температуре С.

13 Отжиг при 300°C 1 и 2 часа отжига. РОР анализ образцов. Концентрационные профили образца, отожжённого в течение 1 часа при температуре С. Концентрационные профили образца, отожжённого в течение 2 часов при температуре С.

14 РОР анализ образцов. Отжиг при 200°C 4 и 6 часов. РОР спектры от образцов, отожжённых в течение 4 и 6 часов при температуре С. Концентрационные профили образцов, отожжённых в течение 4 и 6 часов при температуре С.

15 РОР анализ образцов. Отжиг при 200°C 2 часа отжига. РОР спектры от образца, отожжённого в течение 2 часов при температуре С, и плёнки Pt толщиною 48 нм. Концентрационные профили от образца, отожжённого в течение 2 часов при температуре С.

16 Согласно литературным источникам: где X – толщина формируемого слоя, D – коэффициент диффузии, t – время отжига. Зависимость толщины плёнки от времени отжига. РОР анализ образцов.

17 Рассчитано: D PtSi = 443,213 нм 2 /мин; D Pt2Si = 28,699 нм 2 /мин; E PtSi = 1,37эВ; E Pt2Si = 1,25эВ. Литературные данные: D PtSi = 420 нм 2 /мин; D Pt2Si = 32 нм 2 /мин; E PtSi = 1,5 ± 0,2эВ; E Pt2Si = 1,3 ± 0,2эВ. РОР анализ образцов. Толщина плёнки Pt 2 Si в зависимости от времени отжига. Толщина плёнки PtSi в зависимости от времени отжига.

18 РОР анализ образцов. Концентрационные профили от образца с составной плёнкой толщиною 250Å (Ni, Pt, V), отожжённого при С (60 мин). Концентрационные профили от образца с составной плёнкой толщиною 250Å (Ni, Pt, V), отожжённого при С (60 мин) и при С (30 мин).

19 Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ/TEM). Схематическое изображение хода дифрагированных и недифрагированных электронных лучей в объективной линзе, задней фокальной плоскости и плоскости первого изображения.

20 ПЭМ-микрофотография структуры после отжига в течение 30 минут при C. ПЭМ-микрофотография структуры после отжига в течение 2 часов при C. ПЭМ

21 Отличительной особенностью метода Ван-дер-Пау является то, что измерения можно проводить образцов любой геометрической формы. При симметричном расположении зондов R 1 =R 2 =R, а f(R 1 /R 2 )=1. Метод Ван-дер-Пау определения удельного сопротивления. График поправочной функции.

22 Тип кремния ОтжигRs, Ом/ T, °Ct, час n20022,769 p20021,9763 n20042,5482 p20041,846 n20062,3443 p20061,897 n30012,2849 p30011,914 n30032,6416 p30031,9819 n30042,7634 p30042,2481 Значения слоевого сопротивления силицидов в зависимости от режимов формирования. Удельное сопротивление образцов в зависимости от времени отжига. Слоевое/удельное сопротивление образцов.

23 Установлено: на механизм формирования силицидов платины не влияет тип проводимости кремниевой подложки; при температуре С зарегистрировано формирование фазы Pt 2 Si с дальнейшим переходом в фазу PtSi при увеличении длительности термообработки; фазовый состав силицида, сформированного при С отжиге, ограничивается фазой Pt 2 Si без дальнейшего перехода к фазе PtSi при увеличении длительности термообработки; процесс силицидообразования протекает по квадратичному закону; величины энергий активации составляют 1,25 эВ и 1,37 эВ для Pt 2 Si и PtSi соответственно; величины коэффициентов диффузии составляют 28,699 нм 2 /мин и 443,213 нм 2 /мин для Pt 2 Si и PtSi соответственно; величина удельного сопротивления силицидов сформированных на кремнии различного типа проводимости отличается (для кремния n-типа удельное сопротивление больше). Выводы.