Исследование генерационно-рекомбинационных дефектов в приборах с зарядовой связью тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Барышев, Сергей Константинович АВТОР
кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ
1991 ГОД ЗАЩИТЫ
   
01.04.10 КОД ВАК РФ
Автореферат по физике на тему «Исследование генерационно-рекомбинационных дефектов в приборах с зарядовой связью»
 
Автореферат диссертации на тему "Исследование генерационно-рекомбинационных дефектов в приборах с зарядовой связью"

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. В. Н. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

На правах рукописи

Барышев Сергей Константинович

исследование генерацион^о-реко^бинащшнык

дефектов в приборах с зарядовой связью

Специальность: 01.04.10—физика полупроводников

и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1992—

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте телевидения.

Научный руководитель -

доктор технических наук профессор Таиров Ю.М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Новиков В.В.

кандидат физико-математических наук Александров О.В.

Ведущая организация - НИИ "Гириконд"

Защита диссертации состоится " & " 1992 г.

в час.на заседании специализированного совета К 063.36.10 в Ленинградском ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехническом институте им. В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул.Проф. Попова, д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " _1992 г.

Учений секретарь специализированного совета

Окунев Ю.Т.

ОЩАЯ ХАРАГ{ТЕ?КСтаКА РАШТЫ

Актуальность геак. Увези некие объема® прзязвзггггва г сош-шенга степени шггеграняв ГС5С ЭТО требует не тслко увеличения диаметра сластив, больше? сригисю^ и струкда;! эотэроднзо-ги исходного кремам, по г минязежьнэй платности даф^гстэв в готовых приборах дгга пэшзешя ярэяентз выхода гэдчн? . Сздзгтанне ггнерашганно-рэкзибинацязяннх дефектов (П^Д/ л гх параметры определяют многие характеристики ПЗС, такие, капртаег.. как неар-фективность переноса и время хранения 1ш^эр<аиин.

При проведении технологических операций в производстве ПХ в крегашевых пластинах индуцируятся различного рода дефекты, а также дефекты исходного кре?лння на последующих высокотемпературных обработках (ВТО) процесса изготовления претерпевают различные изменения - М7~рируют по пластине, укрупняются, взаимодействуют между собой, диссоциируют или декорируются прим«; :ччя. 3 результате структурные дефекты могут ста' овиться электрически активными, что приводит к деградации параметров ПЗС. При переходе ч СБИС возрастает число 5310 и увеличивается количество индуцированных дефектов, чроме того при увеличении степени интеграции возрастает вероятность попадания дефекта в активную область прибора, что также ведет к снижению выхода годных.

Наиболее критичны к содержанию ГРД СБИС на О..С, особенно фотоэлектронные приборы (ФЭП). Наличие локальных областей аномальней пнерапии (У.0АГ) в фоточувствительноч области приводит к появлению видеодефекта и к браку прибора. Высокие концентрации ГРД увеличивают темновол ток, сокращают вгемя накопления сттналъно: э зарядового пакета и ухудшают чувствительность ПЗС ФЭП. Та же причина может приводить к снижению эффективности переноса и отношения о игнал/шум.-

Одним из путей уменьшения количества дефектов в рабочих областях кристаллов является проведение различных гетт«рирующих оо-габоток кремниевых пластин. Бездефектная оэбочая область при ото-.-осразуется за счет стока примесных атомов и индуцированных дефектов в нерабочую часть ттисталла. Разработка эффективного метода гаттегирования дебектоя особенно важна для'технологии ПЗС БИС.

Мгдьр работы являлось исследование ГРЛ 8 ПЗС, разработка метода собственного внутреннего геттерированнч для ПЗС, исследование влияния внутреннего геттера ча поверхностные и обт-егные ГРД и накопление радиационных дефектов.

Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами отделения ?и.икроминиатюризации телевизионной аппаратуры ВНШТеле-видения за КЪ7-1991 гг. 3 изготовлении образцов и оптимизации технологического процесса собственного геттерирования принимал участие инж.йвтушенко И.й. К изготовлению разработанной автором аппаратуры привлекался инж.Хмельковский А.Л. Измерение распределения темнсвого тока по площади проводились в ЛГТУ совместно с канд.физ.-мат.наук Ляховским Ю.З. Облучение образцов проводилось АН СССР с участием мл.науч.сотр. КолотоваМ.Н.

Основнне задачи исследования: ]. Анализ технологического процесса изготовления ИКС с целью выявления основных деоектообразущих факторов и исследование их влияния на ГРД в ПЬС.

2. Разработка метода внутреннего геттерирования 'ВГ), совмещенного с процессом изготовления ПЗС, позволяющего понизить величину тегаового тока и повысить равномерность его распределения в ПЗС.

3. Исследование сравнительной эффективности ВТ в кремнии п- к р-типа, влияния технологических режимов изготовления ПЗС на эффективность геттерирования.

4. Исследование влияния внутреннего геттера на поверхностные и объсмкче ГРД в ПЗС, на механизм генерации темнэвэго тока, на накопление радиационных дефектов.

Научная новизна работы.

1. Впервые доследованы особенности накопления радиационных дефектов дип'г-'еноисиного ти.".; в приповерхностной лоне кремния с внут-ргчкигл геттером. Показано, что наличие внутг !кего геттера не измени-;? тугость вреденкя А-т;ентрэв и Елияет на накопление дефектов дивдканеионного тип'? приповерхностной зоне :<ремния п-типа при -0'1г.уЧ£Ш'и.

2. Впервые лля гаспр*делен:'Я дивакангий после ^ -облучения кремния с рн"тг'»,'н!»м грттесом примечена />/7^"-методика неравномерного др^к^оя. Рао^и-ан характерный размер скоплений де^кгов, •-х-':;гк5: гго-^иг ¡-."''ом.

3. Впертлч? пг- '-то р с.Г'ча» ко гь:*ранных режимов IX предельны-' »••>.-:••--иу ток:.- палях менее "?• К,'5 :>/см достигают уровня. I теп -я»к*' -гост»»»'«? ген-ф-гчхи в

4. Впервые показано, что механизм генерации темнового тока в Подструктурах с внутренним геттером в полях более 10 1>/см существенно отличается от механизма генерации в низких полях и объясняется пробоем локальных неоднородности потенциального рельефа е области пространственного заряда (ОПЗ).

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Применение метода ВГ в технологии ПЗС позволяет не только не менее чем на порядок понизить плотность темнового тока, но и понизить плотность поверхностных состояний и плотность ЛСАГ.

2. Предельные величины темновых токов "ак в п- так и р-кремнии

в полях мене» 5"10^ В/см после ВГ достигают уровня, соответствующего темпу собственной генерации в кремнии, обусловленной внутренними мекзонныю? переходами. В области полей более Ю'* Ч/ом ме~. ханизм генерации темнэвто тока существенно отличается от собственного.

3. Наличие внутреннего геттера практически не изменяет скорость введения A-центров в объеме кремния п-ткла при ^ -облучении, но влияет на процесс накопления дивакансий.

4. Для исследования плотностей поверхностных состояний не в'-'-е II

10 эВ см ' применим разработанный метод расчета спектра плотности поверхностных состояний по DLTS -спектрам :.Щ]-структур, измеренным методом постоянного напряжения.

Практическая полезность работы. I. Разработана и внедрена технология собственного внутрочнего гет-терированяя для ПЗС БИС, которая является достаточно универсальной и монет использоваться для широкого класса БИС. 7. Разработаны автоматизированные установки для С-У :: DLTS -измерений для тестового контроля качества технологических операций в технологи»! ПЗС и аначиза брака.

3. Разработан метод расчета плотности поверхностных состояний по DLTS -спектрам ¡-ДЦЕ-структур при методе постоянного напряжения.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на: I. XJ' сешнаре Северо-западного региона "физические и хитачес/ие явления на поверхности полупроводников и границах раздела". '"-.Новгород, ISSCi.)

"I 'всесоюзной научно-технической конференции по фотоэлектронный приборам "Новые принципы формирования ТЗ изображений". г.Ленинград, 19ГП г.)

Публикации . Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами,заключения. Основная чать работы изложена на 99 страницах машинописного текста. Работа содержит I таблицу, 47 рисунков. Список литературы включает 131 наименование.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, поставлена цель, сформулированы основные задачи исследования и перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор современного состояния исследований ГРД в ПЗС. При обобщении тлеющихся сведений отмечено, что их явно недостаточно для классификации ГРД в ПЗС, для оценки генорационно-^комбинационных параметров этих дефектов. Отмечается, что в ПХ могут содержаться различные виды ГРД ,в зависимости от технологии изготовления приборов ¡' используемого материала подложки.Кроме того, исследование природы дефектов в готовых приборах ограничивает возможности исследователя в применении различных методов.С этой точки зрения, для исследования влияния различных технологических операций на проиесс дефектообразования целесообразнее использовать для исследования тестовые структуры, в виде р-п переходов и МДП-структур,моделирующие элементы прибороЕ, и набор технологических операций, моделирующих процесс изготовления.

Отмечено, что для понижения плотности ГРД в ПЗС и,соответственно, для понижения плотности темнового тока и повышения равномерности его распределения необходимо применение различных методлв генерирования дефектов. На основании обзора литературы выбран метод ВГ, как наиболее эффективный для ПЗС. При этом нарушенный, дефектный слой, который и служит геттером, образуется за счет системы термических отжигов при преципитации кислорода в объеме пластины. На основе проработки литературных данных выбраны основные математические соотношения,необходимые для моделирования и постановки процесса ВГ для технологии ПХ. В связи со сделанными выводами сформулированы конкретные задачи исследования.

Во р-тооой главе приведены описания тестовых образцов для и с-

следований,аппаратуры, экспериментальных метоиик.,' разработанных для решения поставленных задач." Для проведения ^измерения различных электрофизических параметров ГРД были разраОс чаны универсальные конструкции специальных ^тестовых образцов в виде р-п и п-р диодов, МЩ-структур"с однослойным ( .SiOj ) и двухслойным ( SiOj - ) диэлектриком,диодов* Шоттки. Для исследования параметров глубоких центров (ГЦ) разработан емкостной спектрометр. С помощью DLTS метода он позволяет измерять концентрации ГЦ в диапазоне от 10~^до 10"^ от концентрации мелкой примеси, а также энергию ^активации и сечение захвата^ГЦ1' с постоянными времени эмиссии в диапазоне температур 77...350 К. Описывается автоматизированный вольт-фарад-ный характериограф и методика автоматизированных измерений,' предназначенные для исследования электрофизических параметров ЦДЛ-структур.Программа, обеспеадвающая измерения С-l/ и C-t характеристик и расчет параметров, приведена в приложении. Установка позволяет измерять удельную емкость диэлектрика,напряжение плоских, зон' и концентрацию примеси в подложке. По измеренной характеристике методом Термана рассчитывается спектр плотности поверхностных состояний, а по C-t характеристике - методом Цербста профиль плотности генерационного тока по глубине i- Для исследования обратных вольт-амперных характеристик (ОВАХ) диодов использовалась установка, которая позволяет измерять'токи до 10"^ А. Анализ 0BÂX проводился методом' дифференииорования ОВАХ п логарифмических координатах. При этом определялись характеристические параметры ОВАХ oL и .. </c/€fV ,где I - ток диода, V - напряжение на диоде. Оценка плотности областей аномальной генерации (ЛОАГ) проводилась на основе методик и аппаратуры, разработанных в ЛГ1У.

3 третьей главе описывается . метод расчета спектра плотности поверхностных состояний по 0/7У-спектрам ЗДП-структур,измеренным методом постоянного напряжения. Обычно, для использования метода постоянного напряжения необходима калибровка ÙLTS ■■ системы специальным тестовым сигналом.

Сначала рассматривается отклик DLTS —системы при непрерывном распределении плотности состояний, В этом случае отклик системы при -заданной температуре можно представить в виде интеграла по энергии от плотности состояний,умноженной на отклик одиночного уровня. С помощью замены переменной, учитывая особенности лодинтегрального выражения, плотность состояний можно выразить через отклик Р^ТЗ -системы. Но при этом для кавдого измеренного Виб -спектра необходимо опре деление калибровочного коэффициента- Поскольку возмущающее воздействие и в методе постоянной емкости и -методе постоянного напряжения одинаково,то эмиссионный заряд можно представить через емкостной отклик образца пр.* постоянном смещении .с помощью коэффициента пересчета. Показано, что при низких плотностях состояний Л£$<10 эВ~^см^ этот коэффициент можно выразить через приращение емкости МДЦ-структуры,связанное с имитированным зарядом и крутизну С- I/ -характеристики в режиме обеднения. При этом плотность поверхностных состояний Л^ можно рассчитать _ ¿О/ Су?__

где АСг1 - корреляционный />/71? -сигнал,[Ф] ; Су) -удельная емкость диэлектрика, [ср/смг] ; ^ - заряд электрона, [ Кл] ; К - постоянная Больимана, [эВ/К2 ; Т - температура,[К] ;

- моменты времени, когда измеряется емкость образна; Зс-]/(У) - крутизна С-1/ -характеристики, C£P/SJ .

Таким образом, с помощью анализа эмиссионных процессов в иЩП-структуре показано, что при низких плотностях поверхностных состояний Л/ц < можно рассчитать энергетический

спектр плотности состояний по ЬЬТЗ -спектрам ЦДЛ-структур, измеренных методом постоянного напряжения, используя данные предварительных С-!/ -измерений. Это позволяет сделать А£7У-систему более универсальной, использовать её как для исследования ГЦ в диодах, так и поверхностных состояний в Щ1-струк-турах.

В четвертой главе обсуждаются результаты исследования

влияния- набора ВТО,, скорости охлаждения после ВТО,термоцикли— розания при: длительных: ВТО, содержания кислорода в исходных: пластинах на ГРД.» Исследования проводилиск, методами емкостной1 спектрометрии", СВАХ, Германа, Цербста на образцаг в виде р-пт перехода в* дшдов> Шоттнж в ВДП-структурПосле- измерения электрофизических характеристик образцы обрабатывались а выявляющем травяпгеле и проводалиеь структур ные исследования, псшархностот tt скотов.

Цра исследовании влияния режимавз ВШ) m влияния1 кислорода на обратные токи р^—п—ц^содов^ установлено* что- об-ратниЕ* токи возрастают при увеличении времени BTD- Распределение токов обла даэт высокой однородностью : до 90% значений: попадает в интервал от 10"® до 10-'а, что соответствует относительно1 высоким плотностям токов от 100 до 1000 нА'/см?- При уменьшении концентрации кислорода в два раза гистограмма распадается на две части. В результате анализа 0BAX на обоих частей распределения установлено, что для кавдой части существует преобладающий тип 0BAX.Причем по характеристическим параметрам одга из них соответствует 0BAX диодов на пластинах с высоким содержанием кислорода (более 8'10* см~^), а другой - так называемы* дефектным 0BAX с несколькими механизмами генерации обратного тока, что характерно для безкислородньгс образцов. Поскольку, при температурах более ЮОО^С скорость, гомогенной преципитации кислорода достаточно мала, образование кислородных ГРД,видимо, связано с ростовыми дефектами в исходных пластинах. Причем для обеспечения наблюдаемых плотностей токов более 100 нА/см^ при концентрации ГЦ, измеренной DLTS -методом, менее 5-ГО^см-^ необходимы аномально высокие сечения захвата ( . Видимо, генерационные дефекты в кремнии с содержанием кислорода более 8"Ю см~^ связаны с преципитацией кислорода на ростовых дефектах.

При исследовании DLTS -методом спектра плотности поверхностных состояний в ВДП-структурах с однослойным диэлектриком установлено, что предельно достижимые плотности состояний в середине запрещенной зоны состоазляют 6•10^см-^эВ-^. Но при нане-

сении слоев нитрида кремния плотность состояний повышается не менее, чем на порядок; что соответствует начальным плотностям темповых токов до 200 нА/ас .Установлено, что влияние термо -т гл клирования' при' длитёЛь'ных ВТО ЦДЛ-структур с двухслойным диэлектриком 'проявляется в сокращении размеров протяженных объемных де^ктоьи соответствующем увеличении более чеы в ,2 раза генерационного времени жизни неосновных носителей за-^ряда. _ _ .. " "

■"' Прй изучении распределения ЛОАГ в ВДП-структурах с помощью емкоЬтйк^ методик'и сканирующего ртутного зонда, установлено; чтЙ минимальная плотность ЛОАГ,получаемая сразу после нанесения слоев ?иэлектри^Ов/ практически одинакова как в <¡1-5*02 ¿так й в ¿¿-Б^О^- -структурах и со-

ставляет 2:;;4 Она,' видимо,- определяется качеством ис-

ходного кремния. "

.В пятой главе на основании модели ВГ,обсужденной в главе I, были -рассчитаныг!йфа»1етрЙ<!техн6лЬгичвских процессов,необходимый для получени'1 внутреннего геттера и была проведена оптимизация этих параметров для использования ВГ в технологии ПЗС. ЗатёЙ было исследоь'йНб' влияние внутреннего геттера на электрофизические характеристики МДП-сгруктур и р-п переходов и, в заключейли, исследовано'влияние внутреннего геттера на накопление радиационных дефектов в р-п переходах.

Первая (высокотемпературная) стадия ВГ рассчитывалась на основе уравнение,описывающего обратную диффузию кислорода,

С,/МО = СЦ >

гие С%{ '- поверхностная,' а С( - начальная объемная концентрация кислорода; О,' - коэффициент диффузии кислорода в кремнии п; :. температуре 7/ ; X - расстояние от поверхности пластины; tf - время обратной диффузии;"индексы I и 2 указывают на отношение к пь-рвой"гили второй стадии ВГ.

Зторая (низкотемпературная) стадия ВГ моделировалась на основе екражонир цля скорости' равновесного зародышеобразова-ния • ■. • ->- -

10 = еХР

где В - постоянная Зельдовича; - коэффициент диффузии кислорода при температуре 7'г-I U.c. - радиус критического за-, родыша; 6" - удельная свободная энергия образования границы раздела между преципитатом и матрицей; К - постоянная Бол1ц-мана; с( - межатомное расстояние в решетке кремния. Вследствие квадратичной зависимости скорости эародышеобразованкя от концентрации кислорода, за приближенный критерий для оценки длительности первой стадии было принято соотношение

Cf (W^AO = С* - ¿7 /J7Ï7,

где - глубина бездегТ-е.чтной зоны (БЗ).

На основе выбранной модели были рассчитаны:

- длительность первого отжига для получения глубины БЗ 10, 15, 20 мкм,

- оптимальная температура второй стадии, которая для усредненной концентрации кислорода 10^®см составила 650°С.

Оптимизация технологических режимов ВГ проводилась по величине обратных токов Р+- п и п+ - р диодов. Величина обратного тока наиболее учувствительна к содержанию и параметрам ГРД. Оптимальное время для р+-п диодов составляет 3,5ч, для п+-р диодов - 6 ч. При этом, при исследовании ОВАХ методом дифференцирования установлено, что предельные величины токов и характеристические параметры ОВАХ одинаковы как для п- так и для р-кремния. Поскольку, для оптимальных режимов ВГ предельно достижимые плотности темновых токов как в п- так и р-кремнии составляют I нА/см^ и не зависят от режимов создания р-п перехода и режимов третьей стадии, было предположено,что это фундаментальное ограничение. И действительно, для кремния диффузионные токи малы, а плотность тока, собственной генерации при комнатной температуре 7,- = W/Ç - что при напряжении 5В составляет 0,5...0,8 нА/см^ ( - зардц электрона;

H.{ - собственная концентрация; W - ширина 0ПЗ; ty -время жизни собственных.носителей).

Для. исследования влияния внутреннего геттера на ГРД в ВДП-структурах и р+-п диодах использовались образцы» изготовленные на п-кремнии при проведении первой,стадии при температуре

I.150°С в среде, кислорода и трихлорэтилена (О2+ТХЭ) в течение .3,5,ч.В.результате исследования спектров плотности поверхност-

ных состояний в МЦП-структурах методом Термана, установлено,что. внутренний геттер позволяет понижать плотность состояний в середине запрещенной зоны в 3...5 раз £ структурах с к а 2... ...3 раза - с • При этом при исследовании с помощью емкостных методик плотности ЛОАГ в ЦДЛ-структурах с двухслойным диэлектриком, подвергнутых ВТО при 950°С в течение 12 ч, установлено, что в пластинах с внутренним геттером она сохраняется на исходном низком уровне (2...4 см~^), а в пластинах без геттера -повышается более, чем на порядок. Таким образом, внутренний геттер позволяет подавлять образование новых ЛОАГ при длительных ВТО, которые проявляются в ПЗС в виде видеодефектов типа белых точек. На этих же пластинах были измерены времена темновой релаксации и методом Цербста по результатам С-~Ь измерений рассчитаны генерационные времена жизни. После ВТО отмечена существенная деградация параметров ВДП-структур без внутреннего геттера. Времена темновой релаксации ЗДП-структур без геттера падают е несколько раз, а для образцов с геттером лишь незначительно уменьшается однородность распределения этого параметра по пластине. Генерационные времена жизни в 3...5 раз выше в ВДП-структурах с внутренним геттером и составляют 620...1000 мкс. На основании полученных данных делается вывод о том, что основной причиной падения времени жизни неосновных носителей в ВДП-структурах после длительных ВТО является высокая плотность ЛОАГ.

Далее представлены результаты исследования зависимости плотности генерационного тока от глубины ОПЗ для МДП-структур и для диодов с внутренним геттером,сформированным в одном цикле. После создания диодов, пластины подвергнуты аналогичной, как и в случае ВДД-структур, ВТО: 950°С, 02+ТХЭ, в течение 12 ч. Для МДП-структур зависимости, получены методом Цербста, для диодов - с поцощью сопоставления ОВАХ и С-1/ -характеристики. Близкие значения тока в полях менее Ю^В/см позволяют говорить о совпадении механизмов генерации тока в приповерхностной зоне для диодов и ЦДЛ-структур с внутренним геттером. Причем, величины плотности темнового тока в ЩП-структурах не более чем в 2,5 раза превышают уровень,соответствующий темпу собственной генерации е кремнии, а однородность распределения плотности темнового тока по

пластине в случае НДП-структур значительно выше, чем для диодов.

В следующей части главы приведены результаты исследования влияния внутреннего геттера на обратные токи р+-п диодов и плотность дефектов в объеме и на поверхности пластин. Основные результаты были получены при исследовании двух групп диодов, одна из которых прошла полный трехстадийный цикл формирования внутреннего геттера с заключительной ВТО при 950°С в среде О2+ТХЭ в течение 12 ч, а основное отличие второй группы заключалось в отсутствии второго низкотемпературного отжига, формирующего высокую плотность зародышей кислородных преципитатов в объеме пластины. При исследовании ОВАХ установлено, что обратные токи диодов падают по сравнению с образцами без геттера более чем на порядок и в полях менее 5>10^ В/см достигают уровня, соответствующего собственному темпу генерации в кремнии. Результаты исследования ОВАХ методом дифференцирования в полях более 10^ В/см по значению характеристических параметров позволяют говорить о наличии нескольких высокополевых механизмов, проявляющихся одновременно, что может быть обусловлено наличием локализованного потенциального рельефа. ОВАХ диодов без геттера характеризуются практически линейной зависимостью в логарифмически* координатах в диапазоне напряжений до 30 В, первая производная ОВАХ в логарифмических координатах: возрастает примерно от 0,2 до 0,3 в диапазоне от 0,1 до 30 В. Постоянство характеристических.параметров ОВАХ во всем диапазоне напряжений говорит о наличии преобладающего механизма генерации тока. Итак, применение ВГ не только понижает плотность, но и изменяет механизм генерации обратного тока, причем при совмещении третьей стадии с окислением в среде О^+ТХЭ уменьшается и разброс обратных токов диодов (до 70% образцов имели минимальный обратный ток от 0,1 до 0,3 нА).

После электрических измерений образцы обрабатывались трави-телсм Сиртла и на сколах и поверхности образцов определялась плотность дефектов. У образцов без геттера наблюдалась высокая плотность мелких приповерхностных дефектов упаковки (ДУ) - до Ю^см^, а у образцов с геттером они практически отсутствовали.

Поскольку предполагается, что Л0АГ представляют собой декорированные приповерхностные ДУ,то внутренний геттер не только пред-

отвращает их декорирование, но и образование новых приповерхностных ДУ. Причем, в случае совмещения БТО третьей стадии ВГ с окислением в среде О2+ТХЭ БЗ возрастает не менее чем в 5. раз и превышает 100 ыкм, ло сравнению с образцами, на которых до этой ВТС нанесен двухслойный диэлектрик Si. При максимальных увеличениях микроскопа (1500х) в БЗ наблюдается высокая плотность (до Ю^см-^) мелких ( ~ 0,5 мкм) сферических лунок травления преципитатного типа.

В следующей части главы, .изложены.,результаты исследования накопления радиационных дефектов после ЦУ- -облучения р+-п диодов с внутренним геттером и без него, в диапазоне доз от 8 -10^ Р до 9 "ЮР. Параметры получаемых, при этом ГЦ исследовадцсь bLTS-методом. После облучения были обнаружены четыре ГЦ- Ej„ Е^, Eg, Е^ с энергиями активации и сечениями захвата соответственно равными Ес-0,17 эВ; Ес-0,23 эВ; Ес-0,39 эВ; Е,,+0,35 эВ; 8,2-10_15см-2;

I,5-I0-I5cm"2; 1,5'Ю-16см"2; I,3>I0-I5cm"2.. ГЦ Ej и Е4 были идентифицированы как А,- и К-центры. Скорости введения ГЦ Ej, Е£» Eg, Е^ для образцов с внутренним геттером составляют (2,2...3,6) • ; (I,6...2.6)-I03cm"3P~I;r (2>0...3,3)-103см_3р-1;

(I,3...3,1)•10^см~^Р~ , соответственно. Для A-центров скорости введения при одинаковых дозах облучения для образцов с геттером и без него практически совпадают, при этом скорости введения всех ГЦ для образцов без геттера находятся в этих же диапазонах, за исключением Eg. В DLJS- спектрах образцов без внутреннего геттера Eg отсутствует, в то же время в DLTS - спектрах образцов с геттером Е^ и Ед присутствуют в равных концентрациях. Изменение концентрации при изменении расстояния от поверхности от 5 до 12 мкм наблюдалось в образцах с внутренним геттером только для ?2 л Ед от 1,6'Ю^ до 2,4-10^ см~^, соответственно. Хотя в литературе существуют различные точки, зрения на природу ГЦ Eg и Ед, на основании равенства концентраций и совпадения профилей в диодах с внутренним геттером предположено, что эти уровни принадлежат цивакансии в различных зарядовых состояниях ( W~ и W~ ). Кроме того при измерении концентрации наблюдается характерный признак неравномерного распределения ГЦ - уменьшение амплитуды пика при увеличении "времен-гого окна". При расположении ГЦ в оболочках мииродефектов заселенность уровня Ej? в диодах без геттера

практически не изменяется и соответствующий ему 01- ТВ -пик о сутствует. И действительно, при больших дозах облучения (более 8*10 Р) в Ы-ТЗ) -спектрах диодов без геттера появляются следы пика Е^ • что соответствует перераспределению ГЦ между оболочками микродефектов и матрицей кремния. Причем, в случае диодов с внутренним геттером, между оболочкой геттерирующего микродефекта и матрицей должен существовать значительный потенциальный барьер А^» Ед - Е^ = 0,16 эВ . так чтобы перезаряжались оба уровня Е^ и Ед. Наличие значительного потенциального рельефа в ОПЗ подтверждают и результаты исследования ОВАХ диодов до облучения. При анализе неравномерного распределения ГЦ с помощью методики [1 ] методом последовательных итераций был рассчитан характерный размер оболочки дефекта, который составил 2'10~^см. Этот размер хорошо согласуется с результатами структурных исследований на сколах образцов с внутренним геттером.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведенные исследования генерационно-рекомбинационных дефектов в ПЗС позволяют сделать следующие выводы:

1. В результате исследований разработан технологический процесс ВГ дл-" технологии ПЗС. Технологический процесс достаточно универсален и подходит для широкого класса ВДП и ПЗС БИС на пи р-кремнии.

2. В случае оптимально выбранных режимов внутреннего гет-терирования предельные величины темновых токов достигают уровня, соответствующего темпу собственной генерации в кремнии в полях менее 5'10 В/см. При этом максимальная величина БЗ в п-крем-нии (не менее 100 мкм) получается при проведении третьей стадии

в срэде С^+ТХЭ.

3. Механизм генерации темнового тока в ПЗС-структурах с внутренним геттером в полях более 10^ В/см определяется пробоем локальных неоднородностей потенциального рэльефа п области пространст; иного заряда.

4. Внутренний геттер практически полностью исключает приповерхностные ДУ, возникающие при циклических окислительных: ВТО

при изготовлении БЖ и подавляет образование новых ЛОАГ ( и, соответственно, видеодефектов типа белых точек в ПЗС) при .длительных ВТО в процессе изготовления ПЗС,снижая плотность ЛОАГ до минимальной величины,видимо, определявши качеством исходного кремния.

5. Внутренний геттер позволяет не только более чем на порядок понизить темновые токи диодов, но и не менее, чем в два раза снизить плотность поверхностных состояний в ЦЦП-структурах как с однослойным Si Oz , так и с двухслойным Sc- Si^ диэлектриком.

6. Мнкродефекты, геттерирующио радиационные дефекты дива-кансионного типа в приповерхностной з не кремния с внутренним геттером,, видимо, представляют собой мелкие кислородные преципитаты с примесно-дефектной оболочкой размером 2*10~^см и значительным потенциальным барьером между ней и матрицей кремния.

7. Наличие внутреннего геттера не изменяет скорость введения А-центров, но влияет на процесс накопления дивакансий в кремнии п-типа при J* -облучении.

Литература

I. Применение емкостной методики DLTS к исследованию полупроводников с неоднородным распределением примесей (дефектов) Антонова И.В..Васильев A.B., Попов М.И. и др. //ФТП.-1988.-Т.22,Вып.6.-С.998-1003.

Публикации г.о теме диссертации

1. Барышев С.К. Исследование термодефектов в технологии ПЗС//Изв.ЛЭТИ:Сб.науч.тр./Ленингр.злектротехн.ин-т им.В.И.Уль-янова (Ленина) .-Л. ,1991 .-Вып.433 .-С .45-49.

2. Барышев С.К..Савельев В.Д. Влияние внутреннего геттера на параметры ПЗС ФЭП для телевизионной техники//Техника средств связи.Сер.Техника телевидения.-1991.-Вып.5.-С.80-84.

3. Барьшер С.X..Савельев В.Д. Исследование влгяния внутрен-" го r-jiTopa на обратные тогл в р-п-переходах в условиях многократного теркочикл/^овин ;"..".Т'ТИгСб.науч. тр./Ленингр.элект-рс \ 1-й -г ил'.З.Л.Ульяпг.ет (.';. • ■ ..-,) .-Л., 1990.-Вып.420.-С.49-56.

4. Барышев С.К..Савельев В.Д. Исследование влияния внутреннего геттера на параметры ВДП-структур// Тезисы докладов ХУ семинара Северо-западного региона "Физические и химические явле -ния на поверхности полупроводников и границах раздела".15-18 мая 1990.-Новгород, 1990.-С .36-37.

5. Барышев С.К..Савельев В.Д..Евтушенко И.В. Исследование влияния внутреннего геттера, на электрофизические параметры р-п-переходов и !ЩП-структур //Электронная техника,-Сер.4.-1991.-Вып.4.-С.12-18.

1

Подп. к печ. 12.Ой.92. Офсетная печать. Формат 60*Ь4 /16. Деч.л. 1,0; уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак.К" Бесплатно.

Ротапринт типографии ВНШТ 192022, Санкт-Петербург, Кингисепское шоссе, 53