Эллипсометрическая диагностика структур полупроводник-окисел тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГ6 од

Р рпч РОССИЙСКАЯ ЛКАДЕЛИЯ НАУК

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ.А.Ф.ИОФФЕ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ "ЭЛЕКТРОН"

. Ка правах рукописи

МАКАРОВА ТАТЬЯНА ЛЮДВИГОВНА

ЭЛЛИПСОМЕТРИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА СТРУКТУР ПОЛУПРОВОДНИК-ОКИСЕЛ

(01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ, диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

Работа выполнена в

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН;

Центральном Научно-исследовательском институте "Электрон".

доктор физико-математических наук,-

профессор

Ю.В.ШМАРЦЕВ

доктор физико-математических наук,-профессор А.Н.Пихтин, доктор физико-математических наук, профессор С.Г.Конников. Санкт-Петорйургский государственный технический университет.

Зацита состоится "// " Р/С?1993 г. ь /¿Гчасов на заседании специализированного совета К.003.23.01 Смзико-технического института км.А.Ф.Иоффе РАЯ по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОТМ юл.А.Ф.Иоффе РАН, . Автореферат разослан аЛл^е^Ш^ г.

Учений секретарь специализированного ссвета, кандидат 5игико-математических наук

Г.С.Куликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАРОТЫ Актуальность темы. В основа современной технологи! производства приборов полупроводниковой электроники лежи создание структур, содеряащих тонкие полупроводниковые. диэлектрические г металлические слои. Одним из главных условий получения качественных и надежных приборов является контроль состояния поверхности полупроводниковых пластин, параметров тонких поверхностных слоев и границ раздела между ними, - то есть всех тех областей, в которых происходят основные процессы в приборах.

Любая гетерофазная граница, в том числе граница полукровод-ник - диэлектрик, имеет переходную область. Границу раздела однородных сред невозможно получить идеально резкой - в приграничной области неизбежно возникают переходные слои, толдика которых может меняться от нескольких единиц до нескольких сотен атомных слоев. Электрические измерения выявляют наличие поверхностных состояний в переходных слоях,"и область локализации этих состояний оценивается в несколько нанометров вблизи границы раздела. Это означает, что характеристики приборов на основе полупроводниковых структур, таких, как приборы с зарядовой связью, транзисторы, оптоэлектроннне приборы, в большой степени зависят от свойств тонкого пограничного слоя.

Для установления взаимосвязи между электрическими свойствами .прибора и технологическими операциями, применяющимися при изготовлении полупроводниковых приборов, используются рагличшь методы анализа приповерхностных слоев, среди которых оптичгскио, неразрушавдио методы, занимают особое месте. Одним из элективных методов является эллипсометрия - поляризациснно-оптичеокий метод, оснозанннй на изучении изменения состояния поляризации электромагнитной волны в результата взвило действия с исследуема; объектом. Высокая чувствительность к параметр™ посл^дуем^. слоев, экспрессный, бесконтактный, неразрушащкй характер измерений обуславливают широкое применение этого метода для контроля технологии, определения характеристик слоев, поверхностей и границ раздела, анализа физических процессов.

Успешное использование эллипсометрического метода во^м-лэго

при условии адекватной интерпретации результатов, полученных из эксперимента. Несмотря на то, что математический аппарат эллип-сометрии достаточно разработан для решения сложных задач, таких, как анализ многослойных, неоднородны/., анизотропных, периодически! структур, структур с шероховатой поверхностью и т.п., при анализе реальных систем возникают трудности, связанные с' несоответствием структур идеализированным модельным представлениям. При атом особое место занимают эффекты, связанные с существованием поверхностных слоев и переходных слоев на границах раздела.

Ведущую роль в современной полупроводниковой электронике играет кремний (51) - кремниевые структуры являются основой большинства полупроводниковых приборов и интегральных схем. Вместе с тем, при производстве оптоэлектронных приборов значительное место занимают структуры на основе арсенида галлия (ЦаАз) и твердых растворов Са А1 Ав, Именно поэтому объектами для экспериментальных исследований были выбраны структуры "твердая раствор Са, ^Ав - анодный окисел" и "кремний - термический окисел".

Таким образом, задача эллипсометрической диагностики структур "полупроводник - окисел" в приложении, к структурам "Са1хА1хАз - анодный окисел" и "кремний - термический окисел" является актуальной и имеет два аспекта:

- корректное определение оптических параметров системы с учетом влияния переходных слоэв;

- диагностика переходных слоев как самостоятельного объекта исследования.

Цель» работы яачялось:

- разработка подхода к диагностике реальных структур "полу-ароводник - диэлектрик" на базе метода эллипсометрии переменного угла падения на нескольких дискретных длинах волн, разграничива-ушгс вклада подложки, диэлектрического слоя и переходного слоя мевду полупроводником и диэлектриком;

- приложение указанного подхода к опроделеа-по всех параметров слоев, включал границы раздела, в слоду»вдих структурах: гзордпе растворы 0 а у1\1 хАе с анодным окислом; кремний с. гевгдческьм окислом, включая окисол толщиной до 50-2.

Научная новизна диссертационной работы заключается б следующем.

1. Предложен способ определения показателя прплсмлания диэлектрического слоя с точностью бп = 0.0005, позволяющий проводить измерения на подложка с неизвестными оптическими постоянными и практически исключаюций модольную погрешность щ/л вычислениях.

2. Разработан и опробован в приложении к структурам "Са1хА1хАз - анодный окисел" и "кремний - термический окисел" метод определения всех параметров слоев, составляющих структур«, в едином самосогласованном эксперименте с использованием анализа корреляционных соотноиений между параметрами системы и соответствующего подбора специальных условий эксперимента.

3. Получены зависимости оптических свойств анодных сккслов Ga^^l^s и переходных слоев на границе раздела твердый раствор - анодный окисел от содержания алюминия.

4. Впервые показано влияние естественного окисного слоя на кинетику начальных стадий роста термического окисла на кремнии, приводящее к постоянству или уменьшению общей толщины1 слоя на начальном этапе процесса.

5. Предложена модель низкотемпературного термического окисления кремния.

Практическая значимость работы.

1. Предложен способ определения показателя преломлении яг.-электрического слоя на неизвестной подлокке и метод опрехелопил

оптических констант подложки под диэлектрическим слоем. толщин.-* которого сравнима с длиной волны излучения.

2. Получены значения оптических констант чноднич мсис.яоь твердых растворов Ga,, Al лв, включая GaAs а А1Лг?, что н*похс>т-мс для расчета просветляющих покрытий на фитодетектсрах б друдч?х оптоэлектронных приборах.

3. Б результате исследования кинетики низкотемпературного окисления кремния установлено, что сверхтонкий огегашо слои с воспроизводимыми параметрами могут быть получше* при усжг.ям удаления естественного окисного слоя поред внраиивппкем теруг-ческого окисла.

Положения, выносимые на защиту.

1. Величина п и дисперсия йлУйЛ показателя преломления диэлектрике ской пленки, ленащой на диэлектрической подложке с неизвестным показателем преломления пв, находятся путем измерения при различных углах падения <р фазового сдвига Л мекду р- . и «-компонентами отраженного излучения на нескольких длинах волн

(1 > 3), регистрации таких углов ф^, при которых Л кратно ¡80°, и последующего расчета по формуле:

мп1г- = ч+1<п1+1г-з1пЧ+1>"1/г'

где п1+1 = п4И + йп/йХ. /

В случае полупроводниковой подложки необходимо и достаточно в расчетную формулу внести поправку, связанную с дисперсией коэффициента экстиншщи к3 подложки:

С (к - к ), 1+1 1

где С 10.75 2 - эмпирическая константа; разность значений

на различных длинах волн излучения кокет быть определена из измерений на свеветравлэнной поверхности.

2. Самосогласованный эллипсометрический ■■ эксперимент на структурах "полупроводник - диэлектрик", включающий многоугловые измерения на .нескольких длинах волн излучения, позволяет разделить вклады диэлектрического слоя,. полупроводниковой подлозски и переходного слоя между полупроводником и диэлектриком в амплитудно-фазовые характеристики отраженного излучения, и в результате могут быть определены толщины и комплексные показатели преломления всех слоев, составляющих структуру.

3. Зависимость показателя преломления анодного окисла в твердом растворе Са._хА1хАе от содержания алюминия в полупроводник« имеет немонотонный характер; при этом резкое изменение показателя преломления наблюдается в ооласти составов, близких к ОаАз и А1Ав; в интервале 0.05 ^ х с 0.5 показатель преломления постоянен и слабо .изгоняется при С.5 « х « 0.8"*.

4. Кинетика начзльных стадий роста термического окисла на кремнии определяется четырьмя параллельными процессами: 1) формированием переходного слоя в крекшии с оптическими тгара-»:еграчи, близкими к аморфному кремнию; 2) формированием перевод-

кого слоя в окисле, состав которого SiOx меняется в процессе окисления; 3) ростом термического окисла sio^; 4) перестройкой естественного окисла до Si02.

5. Качало процесса термического окисления кремния определяется диффузией кислорода сквозь естественный окисел и фэрмироиа--Ш1вм на границе .двойного переходного слоя, которой обусловливая? приповерхностный изгиб зон в кремнии. Завершение формирования слоя SiOx в окисле совпадает с установлением энергетических барьеров на границе кремний - окисел.

Апробация работа.

Основные результаты работы докладывались на III Всесоюзной конференции "Зллипсометрия - теория, методы, приложения" в Новосибирске (1985г.), IV Всесоюзной конференции "Эллипсометрия -метод исследования поверхности твердых тел" в Новосибирске(1?8?г.),

XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников в Киеве- (1990 г.), II научной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках" в Ашхабаде(1991 г.), XI Всесоюзной научно-технической конференции по фотоприемным устройствам "Козне прии-ципы формирования ФП изображений" в Ленинграде (1990 г.), Респу- • бликанской научно-технической конференции "Проблемы интегральной МДП-электроники". Севастополь, (1990г.), международной конференции "Prioritet trends In scientific Instrumentation" в Левт-. граде (1990 г.), международной конференции "Optical characterization or semiconductors" в Софии (1990 г.), семинаре лаборатории Зеемана - Еан-дер-Воалься в Амстердаме (1992 г.), сомкнарг.х ФТИ им.Л.Ф.Иоффе РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано !8 научных работ, список которых пригеден в конце автореферата.

Объем работа. Диссертация состоит из введения, 4 глаг, v>-ключенил и списка литературы из 185 наименований, объем диссертации 215 страниц, включая -17 рисунков и М8 страниц машинописного текста с Т таблицами.

- 8 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая- глава посвящена принципам анализа результатов эллип-сометрического эксперимента. В ней содержится обзор основных положений эллипсометрического метода, а также результата математического моделирования эллипсометрических экспериментов на структурах "полупроводник - переходный слой - диэлектрик". Содержание главы сводится к следующему.

Измеряемой величиной в отражательной эллилсометрии является относительный коэффициент отражения излучения от исследуемого объекта, содержащий две характеристики: изменение соотношения амплитуд ортогональных векторов электромагнитного поля волны и сдвиг фазы между ними. Получение информации из эллипсометричес-. ких измерений сводится к построению моделей, адекватных оптическим свойствам отражающей структуры, то есть представлению изучаемого объекта в виде совокупности слоев, характеризуемых толщинами й и комплексными показателями преломления N = п - 1-к, где п - показатель преломления и к - коэффициент экстинкции. Расчетное значение относительного коэффициента отражения от модельной структуры должно соответствовать измеренному экспериментально.

Основная трудность анализа эксперт..еь/альных данных состоит в равной вероятности различных моделей, о которой свидетельствуют корреляционные соотношения между значениями параметров структуры, вычисленные. в той или иной модели из результатов измерений. Анализ литературных данных показывает, что в настоящее время существуют два пути интерпретации результатов эллипсометрических измерений:

- использование набора экспериментальных значений эллипсометрических углов как базы данных для нахождения оптимизационными методами лучшего приближения для значений параметров структуры;

- вариация условий эксперимента с целью увеличения чувствительности эллипсометрических углов к значениям параметров структуры к апшпшя корреляции параметров для выявления различий мевду рояльной структурой и гипотетической моделью, выбранной из физических соображений.

Проведенное в I главе исследование свойств комплексных ко-э$фк»двбнтав отражен:'.* и корреляции параметров при изменении

условий эксперимента применительно к системе "полупроводниковая подложка - переходный слой - диэлектрическая пленка" показало, что предпочтительным является второй путь, и при этом поиск оптимальных условий эксперимента возможен на основе анализа влияния отдельных слоев, входящих в структуру, на амплитудно-ф- зоше характеристики отраженного излучения. Качественное рассмотрение корреляционных связей в таких структурах, включающее анализ векторов корреляции в Ф-Д плоскости и зависимостей производных эл-липсометрических углов по параметрам структуры от угла падения излучения, позволяет из набора результатов, полученных при различных условиях эксперимента, выделить эффекты, обусловленные влиянием отдельных слоев структуры.

В конце главы описана экспериментальная установка, позволяющая проводить измерения по стандартной методике чуль-эллипсометрии. В экспериментах использовался промышленный эллил-сометр ЛЭФ-ЗМ. Источниками излучения служили гелий-неоновнй лчзер (А. = 6328 8) и аргоновый лазер (5 длин вода в диапазоне 4765 - 5145 8). Для проведения экспериментов в иммерсионных средах использовалась специальная иммерсионная камера,, позволяющая проводить измерения при различных углах падения.

Во второй главе описана методика самосогласованного определения всех параметров структуры "полупроводниковая подложка -переходный слой - диэлектрическая пленка" на примере структуры "арсенид галлия - анодный окисел".

Методика основана на выявлении качественных эффектов, возникающих при взаимодействии поляризованного излучения с веществом и последовательном определении вкладов окисла, переходного слоя и подложки в амплитудно-фазовые характеристики отраженного излучения.

При определении показателя преломления окисного слоя используется периодичность эллипсометрической функции р относительно толщины диэлектрического слоя, причем существенным является то обстоятельство, что период является функцией показателя прелоулония слоя, длины волны и угла падения излучения и на зависит от свойств нижележащих слоев. Проведение измерений при различных длинах волн и регистрация таких углов падения излуче-

ния, при которых толщина пленки кратна половине эллипсоматричес-кого периода, позволяют составить систему уравнений, из которой находятся показатель преломления диэлектрического слоя и его дисперсия.

Детектирование переходного слоя М8жду окислом и подложкой производится с использованием резонансных условий эксперимента, то есть таких, при которых коэффициент отражения для волш одной из поляризаций близок к нулю. В этих условиях достигается максимальная чувствительность к переходному слою, параметры которого однозначно определяются из спектральной зависимости амплитудного и фазового углов.

Комплексный показатель преломления подложки определяется из мпогоугловых измерений на дискретных спектральных линиях излуче-;шя. Осков.там условием эксперимента является то, что зависимость аллкпсометрических параметров от угла падения долзяа проходить через точку резонанса и в то же время захватывать область, далекую от резонансных условий. При такой комбинации измерений существенно ослабляются корреляционные связи между параметрами подложки и верхних слоев.

В третьей главе представлены результаты экспериментального исследования структур ба^А^Ав - переходный слой - анодный окисел (0 < х < 1).

Образцы твердых растворов Са1 _хА1;£Аз (0 х О ) были получены тремя методам: МОС-гидридным способом, методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) и молекулярко-лучевой эпитаксии (ГШ) и пред- ■ ставляли собой эштаксиальнне слои с зеркальной поверхностью, шраденше на подложках арсешда галлия ориентации (100). Анодный окисел выращивался в гальваностатическом режиме'из электролита, состоящего из винной кислоты и аммиака (рН=6) в смеси с зтиленгликолем в соотношении 1:3.

В соответствии с развитой методикой последовательно определены параметры слоев, характеризующих данные структуры. На 6 дискретных длинах волн излучения получены детальные зависимости комплексного показателя преломления Са.^А^Аз и его анодного окисла от состава. ...

Установлено, что в зависимости показателя преломления анод-

го окисла от содержания.алюминия в твердом растворе можно выделить 4 участка: резкие скачки в области О < I ^ 0.05 и 0.87 < х С 1, постоянство в интервале 0.05 ^ х ^ 0.5 и слабое изменение при 0.5 ^ х ^ 0.87.

На границе мекду анодным окислом и твердым раствором Са^^^Аэ детектирован переходный слой, толщина которого составляете - 10£ от толщины анодного окисла. Показано, что переходные слои на гетерофазной границе раздела обладают аномально большим коэффициентом экстинкции, превышающим соответствующие значения для составляющих структуру веществ. Толщины и коэффициента экстинкции переходных слоев увеличиваются с ростом содерза-ния алюминия в твердом растворе на фоне уменьшения коэффициента экстинкции. подложки.

Обнаружено, что в гальваностатичзском режиме анодного окисления твердых растворов Са,_хА1хАз зависимость толщины скисла от конечного значения напряжения окисления имеет линейный характер. Угловой коэффициент линейной зависимости а имеет значение 19.3 2/В для СаАв, 10.0 для А1Аэ и находится в интервале а = 14.5 - 14.7 в области составов 0.05 х < 0.87.

Исследована кинетика образования естественного окисла на различным образом обработанных поверхностях Са^^З.^Ав. Обнару-аено, что толлцшы естественного окисла слабо зависят от х в диапазоне 0 < х < 0.87 и не превышают 50 Толщина естественного окисла на А1Ав увеличивается равномерно со скоростью 12 2 в минуту до полного исчезновения слоя А1Ав.

Четвертая глава посвящена эллипсометрическому исследованию структуры "кремний - термический окисел". Собственные окисли на кремнии были получены методом термического окисления в сухом кислороде подложек монокристаллического кремния р- и п-тшта проводимости с удельным сопротивлением от 1 до 700 Ом-см, ориентированных в плоскости (100). Перед выращиванием скисла для удаления с подложек верхнего слоя кремния, нарушенного в процессе полировки, проводилось термическое окисление поверхности кремния до образования слоя 310г толщиной около 5000 2 с последующим его удалением и стандартными операциями химической очистки, промывки и осушки. Формирование исследуемого окисного слоя (15 2 < а <

60 проводилось в потоке сухого кислорода при температуре 700°с. Для получения слоев толщиной 500 - 1500 Я использовались более высокие температуры окисления (900 - 1100°С).

При использовании методики самосогласованного эксперимента установлено, что на границе кремния и термического окисла 31о2 толщиной 1200 8, выращенного при температуре 900°С, существует область, включащая даа переходных слоя: в окисле и в кремнии. В спектральном диапазоне 4765 - 6328 8 измерены показатели преломления и коэффициента экстинкции всех слоев, составляющих структуру "кремний - термический окисел", включая оба переходных слоя. Значения показателей преломления и особенно их дисперсия говорят о том, что слой в окисле может быть описан ферулой БЮ^ (х и 0.8), а слой в кремнии имеет оптические свойства, близкие к аморфному кремнию.

Исследование сверхтонких окисных слоев проводилось с применением иммерсионной жидкости, в качестве которой использовался четыреххлористый углерод, обладающий следующим свойством: в широком спектральном диапазоне его показатель преломления совпадает с показателем преломления аморфного БЮг. Таким образом, граница между окислом и внешней средой оптически исчезает, и при этом существенно повышается чувствительность к нижележащим (переходным) слоям.

Применимость модели "кремний - двойной пароходный слой -окисел" в структурах со сверхтонким окислом (йох< 60 8) подтверждена с учетом изменений, происходящих в слоях по мере роста окисла. Обнаружено, что переходные слои в кремнии и в окисле возникают одновременно, в момент начала процесса термического окисления. При этом переходный слой в кремнии остается стабильным при дальнейшем окислении, в то время как переходный слой в окисле, имеющий в порций момент окисления стехиометрию 8ЮХ (х и 0.4), по мере окисления претерпевает изменения в сторону увеличения содержания в нем кислорода (до х * 0.4). Результаты аллипсометрического эксперимента подтверждаются измерениями величины приповерхностного изгиба зон в кремнии и высоты энергетических барьеров для дырок и электронов на границе кремний -окисел.

Установлено, что показатель преломления окисиого слоя меля-

- 13 - .

ется в процессе окисления от значения пох= 2.0, соответствующего смеси различтяк окислов (ею, 31203, 5102) и кремния, до : знача-ния пох= 1.46, соответствувдего двуокиси кремния. Такое изменение показателя преломления в ходе окисления объясняется на основе предположения, что, помимо процессов окисления непосредственно на границе кремний - окисел, на начальном этапе окисления происходит реакция кислорода с естественным окислом. Это предположение подтверждается данными оже-спектроскогош.

Исследована кинетика окисления кремния при низкотемпературном термическом окислении. Обнаружено, что в зависимости толщины окисла от времени окисления г можно выделить 4 временных интервала: 1) г = 0 + 1 мин., в котором толщина окисла возрастает на 6 - 8 2) 1; =1+10 мин., в котором толщина растущего слоя не меняется или уменьшаемся; 3) г =10 + 45 мин., где окисление следует логарифмическому закону; 4) 1; > 45 мин., где кинетика описывается линейно-параболическим законом. При объяснении аномальной киштики на втором участке рассматривается конкуренция параллельных процессов: рост термического окгсла и частичная деструкция слоя естественного окисла с доокислением его до в102.

Из сопоставления данных эллипсометрических и фотоэлектрических исследований установлено, что двойной переходный слой на границе раздела кремний - окисал содержит положительный фиксированный заряд, вызывающий приповеохностный изгиб зон в кремнии. Слой 5Юх в окисле определяет величины барьеров для носителей заряда на границе раздела кремний - окисел. Слой в окисле.толщиной до 27 8 содержит фиксированный заряд, играющий роль ловушек.

Предложена модель термического окисления кремния, учитывающая 4 параллельных процесса, происходящих при термическом окислении: Формирование переходного слоя в кремнии и в окисле, рост термического окисла, перестройка слоя естественного окисла. В модели предполагается, что все процессы начинаются в первый момент термического окисления. Дальнейшее окисление условно разбито на 4 стадии, характеризующиеся временами окисления I и толщинами выращенного окисного слоя бох- Завермнио одного из перечисленных процессов определяет окончание соответствующей стадии сю:слепил.

a) о мин. $ tox ^ 1 мин., 13 8 « йох < 19 8.

В первый момент окисления кислород проходит сквозь слой естественного окисла, являющегося смесью различных кремниевых оксидов (sic, sîo2, Si2o3) и кремния, и образует на границе с кремнием слой sioa (х & 0.4) толщиной 6 8. Одновременно на поверхности кремния возникает модифицированный слой с параметрами, близкими к аморфному кремнию, толщиной 4 8. Образовавшийся двойной переходный слой вызывает приповерхностный изгиб зон в крем- • нии, соответствующий наличию фиксированного полоштельного заряда.

b) 1 мин. t03C £ 10 мин., 19 й ^ аох < 20 Я.

Стехиометрия пограничного слоя siox в окисле меняется в

сторону увеличения кислорода и стабилизируется при значения . х <а 0.8. Завершение формирования переходного слоя в окисле сов- • падает с установлением энергетических барьеров для носителей заряда на границе кремний - окисал. Замедление роста толщины окисного слоя определяется конкуренцией двух процессов: образованием термического окисла и реакцией кислорода с естественным окислом с его частичной деструкцией.

c).10 мик. $ t02 s; 45 мин., 20 8 < d0Jt < 27 î.

Окисление определяется двумя процессами: поступающий кислород образует термический окисел Si0o, часть молекул кислорода продолжает реагировать с естественным окислом. На этой стадия наблюдается образование фиксированного заряда в окисле, играющего роль ловушек, и увеличение его концентрации о ростом толщины окисле.'

d).tox > 45 мин., dQX » 27 8.

Наблюдается стационарный процесс увеличения толщины термического окисла 3i0g.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Выработан общий подход к диагностике структур типа "полупроводниковая подложка - переходный слой - диэлектрическая пленка" на бвзе мяогоугловой эллипсоматрии переменной длины волны. Описана процедура нахождения всех параметров указанных структур в едином самосогласованном эксперимента, опирающаяся на

разграничение вкладов отдельных слоев структуры с помощью выбора специальных условий эксперимента и учета корреляционных соотношений мевду параметрами.

2. Предложен способ определения показателя преломления диэлектрического слоя, лежащего на неизвестной подлоэда, основанный

на периодичности относительного коэффициента отражения излучения от структуры "пленка - подлоззса".

3. Разработанная методика применена к исследованию структур "кремний - термический окисел" и "твердый раствор Са1 ^А^Ав -анодный окисел" в диапазоне изменений состава твердого раствора О о ^ В спектральном диапазона 4765 - 6328 8 измерены комплексные показатели преломления полупроводников и юс окислов, описаны переходные слои на гетерофазшх границах.

4. В структурах ,Ч»а1 А1 Аз - анодный окисел" исследована зависимость показателя преломления окисла от содержания МАв а твердом растворе. .Установлено, что зависимость имеет резкие скачки при переходе от ва^^ Ав к ОаАв и А1Ал, постоянство в области составов 0.05 < х ^ 0.50 и слабое изменение в интервале 0.50 ^ х 0.87. СкачкооОразноэ изменений свойств окислов в крайних точках составов Са^^М^Аз проявляется такле в значениях константы'анодирования а.

5. Показано,что нелинейное изменение показателя преломления анодных окислов на Са^^АХ^Ав сопрововоэдается монотонным увеличением коэффициента экстинкции в переходных слоях на границе окисел - полупроводник. Толщины переходных слоев увеличивается с ростом содержания А1А8 в твердом растворе: резко - в области составов 0.05 £ х < 0.50 и плавно - в интервале О.Я) < х < 0.87.

6. Предложена модель термического окисления кремния, учитывающая 4 параллельных процесса: 1) образование модифицированного слоя кремния; 2) формирование переходного слоя в окисле; 3) рост термического.окисла; 4) перестройка и частичная деструкция слоя естественного окисла. В соответствии с моделью термическое окисление кремния разбито на 4 стадии, причем граница между стадиями определяются завершением одного из перечисленных процессов. Показано, что структуры, прошедпие различное число стадий окисления, характеризуются'различными физическими свойствами.

Основное содержанке диссертации опубликовано в следующих работах:

1. А.Я.Буль, Д.В.Клячко, Т.Л.Макарова, П.Г.Петросян, Л.В.Шаронова, Ю.В.Шмарцев. Исследование анодного окисла твердого раствора СаАв.,_2.JSb.jPy, - Электронная техника, сер.2, вып.6, 0.51-57 (1936).

г. А.Я.Буль, Д.В.Клячко, Т.Л.Макарова, П.Г.Петросян, Л.В.Шаронова, Ю.В.Шмарцев. Оптические свойства анодного окисла твердого раствора GaAs1 --^ySbyP . // Элллшсометрия -теория, метода, приложения. Новосибирск, Наука, Сиб.отделение. С.142-146 (1987). '

3. T.L.Makarova, L.V.Sharonova. Elllp3ometric diagnoatic oí the semiconductor - interíace- oxide structure. Abstracta oí the International conference "Prlorltet trends tn sclen-tlíic instrumentatlon". P.40. Leningrad (1990).

. 4. G.K.Бойцов, Ю.С.Зинчик, Т.Л.Макарова, К.В.Санин. Тукнелызо тонкие слои S102 для фотоприемников с внутренним усилением сигнала. Тезисы докладов XI Всесоюзной научно-технической конференции по фотоприемнкм устройствам "Новые принц-яш формирования ФИ изображений". Ленинград. 4.2, С. 66 - ба

(1990).

5. Ю.С.Зинчик, Т.Л.Макарова, К.В.Санин, И.К.Ионова, Д.А.Саксе-ов. Кинетика тхзста и состав сверхтонких термических окислов на кремнии. // Эллипсомэтрия в науке и технике. Вып.2, Новосибирск, Ш1 СО АН СССР. С.71-77 (1990).

6. А.Я.Вуль, А.Т.Дидейкин, В.Ю.Осипов, С.К.Бойцов,. Ю.С.Зинчик , Т.Л.Макарова. Процессы токолераноса в структурах поликремний - туннельно прозрачный диэлектрик - кремний. Тезиса докладов XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников, Киев, ч.2, С.131 - 1Ь2 (1990).

7. Т.Л.Макарова, Л.В.Шаронова, Д.А.Винокуров. Эллшсомэтричос-кий анализ системы арсенид галлия -• переходный слой -анодный окисел. // Эллилсометрия - теория, методы, приложения. Новосибирск, Неука, Сиб.отделение, С. 185-191

(1991).

8. Т.Л.Макарова, Л.В.Шаронова. Эллипсометрический анализ структуры GaAs - анодный окисел. ФТП, Т.25, Вып.11, G.1899-1912 (1991).

9. Т.Л.Макаройа, Л.В.Шаронова. Способ определения показателя преломления и дисперсии диэлектрических пленок. Заявка Уя 4891214/25 от 13.12.1990, положительное решение от 27.OS.1991.

10. С.К.Бойцов, А.Я.Вуль, А.Т.Дидайкин, Ю.С.Зинчик, В.О.Осипов, Т.Л.Макарова. Процессы токопрохождения сквозь туннельно-прозрачный диэлектрик ЛТДП-структурн. ФТТ, Т.33, № б, С.1784-1791 (1991).

11. О.К.Бойцов, А.Я.Вуль, А.Т.Дидбйкин, Ю.С.Зинчик, В.Ю.Осипов, Т.Л.Макарова. Кинетика фотоответа в p+-Si*-SiOp-p-Si- ПТДП-структурах с промежуточным тушельно-црозрачным слоем диэлектрика. Тезисы докладов II научной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках". Ашхабад, С.261 (1991).

12. С.К.Бойцов, А.Я.Вуль, А.Т.Дидейкия, Ю.С.Зинчик, В.Ю.Осипов, Т.Л.Макарова. Фотоэлектрические свойства структур высоколегированный поликремний - туннелыю прозрачный диэлектрик -кремний. Тезисы докладов II научной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках". Ашхабад, Ó.260 (1991).

13. T.L.MaKaro7a, b.V.Sharonova, Yu.V.ShmartBev. Ellipsometric diagnostics oí the GaAs - oxide structure. - Key Engineering materials, V.65, P.225-232 (1992).

14. T.L.Makarova, L.V.Sharonoya, Yn.V.Stoart.sev. Ellipsometric diagnostics of the GaAs - oxide atiucture. - Optical chára-cterisation о 1 semiconductors. Ed. Ъу D.B.Kueftev. Trans. Tech.Publications. P.225-232 (1992).

15. А.Я.Вуль, Т.Л.Макарова, В.Ю.Осипов, Й.С.Зинчик, С.К.Бойцов. Кинотика окисления кремния и структура скисшх слоев толщиной менее 50 ангстрем. - ФГП, Т.26, В.¡ С.111-12* (19S2).

16. А.Я.Вуль, Л.Т.ДидейКйн, В.Ю.Осипов, С.К.Бойцов, и.С.Зинтик, Т.Л.Макарора. Вольт-амперные и вальт-фзрадиыв характеристики кромниевых ШЩ-структур с толщиной диэлектрика менее 50 ангстрем. - ФГП, Т. 26, В.1 С. 146-149 (1992).

17, С.К.Бойцов, Т.Л.Мачарсва, B.C.Осипов. - К вопросу о тунне-лировании сквозь променуточный (19 - 50 8) окисный слой кремниевой ПОТ-структуры. ФГТ, Т.34 » 5 . С.1475 - 1483 (1992).

18. Г.Л.Макарова, Л.В.Шаронова, Ю.В.Шврцев. Эдлшсометрическое исследование анодного окисла на твердом растворе Ga^jAl^Aa. - Ш1, Т.27 (1920 г.).

РТП ПШО, зак.475,тир. 100,уч.-изд.л. I; 16/П-1993г. Бесплатно