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

» ' о

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

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИОНШ-РЕ КОМБИНАЦИОННЫХ

ДЕФЕКТОВ В ПРИБОРАХ С ЗАРВД0В0Й СВЯЗЬЮ

Специальность: 01.04.10—физика полупроводников

и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Барышев Сергей Константинович

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте телевидения.

Научный руководитель -

доктор технических наук профессор Таиров D.M.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Новиков В.В.

кандидат физико-математических наук Александров О.В.

Ведущая организация - НИИ "Гириконд"

Защита диссертации состоится " Л < " 1992 г.

в^^час.на засздании специализированного советаКОбЗ .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

Ученый секретарь специализированного совета

Окунев Ю.Т.

те? "

,- таи ,

• к "Л ОБЩАЯ ХАРАКТЕЖГШС& РАК/ТЫ

V И

,чсс&ртециЯ^кттальнзсть теш. Увеягаекие объемов проязвздгтва г поношение степени интеграция ГОС БИС требует не голь, «о увешггешш дхагетра сластив, большей пржеснзЗ1 а структурной ¡дагатгдапкгпг исходного кремния, но и отшязелшзЯ шаткости дэ&еттов ? готовых приборах для повышения пропергз выхода годна?. Сздзржанпе ггнерационнэ-рекомбянацяоншх дефектов {ГРД/ л гх параметр» определяют многие характеристики ГОС, такие, например. к.т-: неэффективность переноса и врегля хранения ин^оредкп.

При проведении технологических операций и производство ПЗС в крешшевых пластинах индуцируются различного рода дефекты, а также дефекты исходного кре?лния на последушлх высокотемпературных обработках (ВТО) процесса изготовления -фетеряевают различные изменения - мр~г,ируют по пластине, укрупняются, взаимодействуют между собой, диссоциируют или декорируются примет®. 3 результате структурные дефекты могут ста* овиться электрически активными, что приводит к деградации параметров ПЗС. При переходе СБИС возрастает число ¡ПО и увеличивается количество индуцированных дефектов, кроме 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 ПОО, особенно фотоэлектронные чгиборы (ФЭП). Наличие локальных областей аномальной пнерапии О'ОАГ) в фоточувствительноч области приводит к появлению видеодефекта и к браку прибора. Высокие концентрации ГРД увеличивают темновой ток, сокращают впемя накопления сигнального зарядового пакета и ухудшают чувствительность ПЗС >ЮТ5. Та же причина мотет приводить к снижению эффективности переноса и отношения зигнял/иум.

Одним из путей уменьшения количества дефектов в рабочих областях кристаллов является проведение различных геттерирующих по-гпботок кремниевых пластин. Бездефектная сэбочэя область при это--образуется за счет стока примесных атомов и индуцированных дефектов в нерабочую часть ксипталла. Разработка эффективного метода теттесирования дебектов особенно важна для технологии ПЗС ВИС.

'¡"лью работы являюсь исследование ГРЛ з ПЗС, разработка чз-года собственного внутреннего генерирования для ПЗС, исследо.ма-ние влияния внутреннего геттера на поверхностные и обт-егные ГРД и накопление радиационных дефектов.

Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами отделения тягероминиатюризации телевизионной аппаратуры ВНШТеле-видения за КЬ7-1Э91 гг.В изготовлении образцов к оптимизации технологического процесса собственного геттерирования принимал участие инж.Явтушенко И.В. К изготовлению разработанной автором аппаратуры привлекался инж.Хмельковский А.Л. Измерение распределения темнового тока яо площади проводились в ЛГТУ совместно с канд.физ.-мат.наук Ляхэвским Ю.З. Облучение образцов проводилось ЛИ АН СССР с участием мл.науч.сотр. КолотоваМ.Н.

Основные задачи исследования:

1. Анализ технологического процесса изготовления ПЗС с целью выявления основных дефектообразугацих факторов и исследование их влияния на ГРД в ПЗС.

2. Разработка метода внутреннего геттерирования 'ВТ), совмещенного с процессом изготовления ПЗС, позволяющего понизить величину темнового 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 объемные ГРД в ПЗС, на механизм генерации темнового тока, на накопление радиационных дефектов.

Научная новизна работы.

1. Впервые исследованы особенности накопления радиационных дефектов дивакЕнсисннзго тягм в приповерхностной лоне кремния с внутренним геттгрсм. Показано, что наличие внутр- ннего геттера не изменяет скорость введения А-:;ентров и влияет на накопление дефектов дивдкансионного тяпз п приповерхностной зоне кремния п-типа при -ойлух^нии.

2. Впервые лля анализа распределен;-? дивакансий после ^ -облучения кремния с рнутг^нним геттером применена ¿)/£715"-матодика неравномерного рцсирглелсчия де бчктов. Рассчитан характерный размер скоплений дейэектов, кстэрк:; поставив

3. Впервые пг-:-:?что р случае огггйчельнэ выбранных режимов I! предельны' г-7Р?г-грах токов в полях менее З'Ш* и/см достигают Уровня, сготт?тот?;.тлрго темпу обостренной генерации в

КРЕМНИИ.

4. Впервые показано, что механизга генерации темнового тока в Госструктурах с внутренним геттером в полях более Ю4 В/см существенно отличается от механизма генерации в низких полях и объясняется пробоем локальных неоднородностай потенциального рельефа в 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 ЛОАГ.

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

в полях менее 5'103 В/см после ВГ достигают уровня, соответствующего темпу собственной генерации в кремнии, обусловленной внутренними мекзонныки переходами. В области полей более Ю'* В/см ме-. ханизм генерации темнового тока существенно отличается от собственного.

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

4. Для исследования плотностей поверхностных состояний не £>-""е

11-9

1С оВ см ' применил разработанный метод расчета спектра плот-ностд поверхностных состояний по й1ТЗ -спектрам ;.ШЛ-структур, измеренным методом постоянного напряжения.

Практическая полезность работы.

1. Разработана и Енедрена технология собственного внутреннего гет-терирования для ПЗС БИС, которая является достаточно универсальной и монет использоваться для широкого класса БИС.

2. Разработаны автоматизированные установки для С-У п £>¿15 -измерений для тестового контроля качества технологических операций в технологии ПЗС и анализа брака.

3. Разработан метод расчета плотности поверхностных состояний по ОНТЗ -спектрам гЩ-структур при методе постоянного напряжения.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на: Т. ХУ семинаре Северо-западного региона "физические и химические явления на поверхности полупроводников и границах раздела", 'т.Новгород, 195С х-.)

XI Всесоюзной научно-технической конференции по фотоэлектронным приборам "Новые принципы формирования ТВ изображений", г.Ленинград, 1990 г.)

-А -

ЗТубзмяаини . Основные материалы диссертационной работы опубликованы з 5 печатных работах.

Структура я объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глаз с выводами .заключения. Основная чать работы изложена на 99 страницах машинописного текста. Работа содержит I таблицу, 47 рисунков« Список литературы включает 131 наименовал¡5е.

КРАТНОЕ 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 имеющихся сведений отмечено, что их явно недостаточно для классификации ГРД в ПЗС, для оценки генерационно-^комбинационных параметров этих дефектов. Отмечается, что в ПЗС 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 ка процесс дефектообразования целесообразнее использовать для исследования тестовые структуры, в виде р-г. переходов и МДП-структур,моделирующие элементы приборов, 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 математическиэ соотношения,необходимые для моделирования и постановки процесса ВГ для технологии ПХ. 3 связи со сделанными ЕЫЕОцами сформулированы конкретные задачи исследования.

Во ртооой главе приведены описания тестовых образцов для ис-

- следований,аппаратуры,1 экспериментальных методик; разработан-них для решения:поставленных задачпроведения измерения различных электрофизических параметров ГРД были разраОс-ганы : универсальныесконструкции.специальных тестовых образцов в виде р-п и п-р диодов, ЦДЛ-структур с однослойным () ^двухслойным ■ - ). диэлектриком,диодов Шоттки.1 Для исследования "параметров: глубоких центров (ГЦ) разработан: емкостной, спектрометр. С помощью' метода он позволяет измерять концентраций! ГЦ в диапазоне от 10~^до от концентрации мелкой примеси, а также энергию активации и сечение захвата"ГЦ ; 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 ВДП-структур.Программа, обеспечивающая измерения С- V и С-± характеристик и расчет параметров, приведена в приложении. Установка позволяет измерять удельную емкость диэлектрика,напряжение плоских зон и концентрацию примеси в подложке. По измеренной С-1/ характеристике методом Термана рассчитывается спектр плотности поверхностных состояний, а по С-~Ь характеристике - методом Цербста профиль плотности генерационного тока по глубине. Для исследования обратных вольт-амперных характеристик (ОВАХ) диодов использовалась установка, которая позволяет измерять токи до 10"^ А. Анализ ОВАХ проводился методом дифференциорования ОВАХ о логарифмических координатах. При этом определялись характеристические параметры ОВАХ с( и £ - с/ /с/ ,где I - ток диода, V - напряжение на диоде. Оценка плотности областей аномальной генерации (ЛОАГ) проводилась на основе методик и аппаратуры, разработанных в ЛГТУ.

В третьей главе описывается метод расчета спектра плотности поверхностных состояний поЛ!7У-спектрам ЦЦП-структур,измеренным методом постоянного напряжения. Обычно, для использования метода постоянного напряжения необходима калибровка £>¿73 ■■ системы специальным тестовым сигналом.

-fi -

Сначала рассматривается отклик ÙLTS -си стелы 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 подинтегрального выражения, плотность состояний можно выразить через отклик ÙLTS -системы. Но при этом для каждого измеренного DLTS -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.ч постоянном смещении с помощью коэффициента пересчета. Показано, что при низких плотностях состояний Л£$<10 эВ~*см^ этот коэффициент можно выразить через приращение емкости МИД-структуры, связанное с имитированным зарядом и крутизну C-V -характеристики в режиме обеднения. При этом плотность поверхностных состояний можно рассчитать

А/ - АС*' С*~> ,

где лСг1 - корреляционный ÙLTS -сигнал,[Ф] 5 Су? -удельная емкость диэлектрика, [<P/c/4sJ ; - заряд электрона, [ Хл] ; К - постоянная Больцмана, [эВ/К] ; Т - температура,[К] ; 11 2 - моменты времени, когда измеряется емкость образна; Sc-viVj - крутизна С-1/ -характеристики, [<?/В] .

Таким образом, с помощью анализа эмиссионных процессов в ДЦП-структуре показано, что при низких плотностях поверхностных состояний Àjj- < можно рассчитать энергетический

спектр плотности состояний по ÙLTS -спектрам ВДП-структур, измеренных методом постоянного напряжения, используя данные предварительных С~1/ -измерений. Это позволяет сделать ÙLTS -систему более универсальной, использовать её как для исследования ГЦ в диодах, так и поверхностных состояний в ЗДП-струк-турак.

В четвертой главе обсуждаются результаты исследования

елияния набора BTÜ, скорости охлаящения после БТП»т е рмоп/пиги-рования при- длительных БТО, содержания кислорода н исходных пластинах на ГРД. Исследования проводились методам» емкостной спектрометрии, СВАХ* Германа» Цербста на образцах н виде р-п переходов, диодов ПГоттют и. ЩЛ-структур. Поста измерения электрофизических гаранте ристая: образцы обрабатывались в выявляющем травнтеле и проводились структур ные исследования поверхности и скалов.

Яри исследовании влияния режимов ВТО и влияния кислорода на обратные токи р+-п-диодов, установлено, что обратные токи возрастают при увеличении времени ВТО. Распределение токов обла дает высокой однородностью: до 9055 значений попадает в интервал от Ю-® до 10 А, что соответствует относительно 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 из обоих частей распределения установлено, что для кавдой части существует преобладающий тип 0BAX.Причем по характеристическим параметрам один из них соответствует 0BAX диодов на пластинах с высоким содержанием кислорода (более 8"10^ см-^), а другой - так называемым дефектным ОВАХ 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-Ю^см"^ необходимы аномально высокие сечения захвата ( 10~^см^). Видимо, генерационные дефекты в кремнии с содержанием кислорода более 8*10 см"® связаны с преципитацией кислорода на ростовых дефектах.

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

- 8 С-

сениилслоев нитрида .кремния:плотность, состояний :повышается:ке :;-менее;. чем;на¡порядок;: кто; соответствует^начальным, плотностям темно.вых.-токов :до.:,200;нА/см^..Установлено,счто. влияние :термо ■— тдеклирования: при, длительных ВТО ВДД-структур/ с двухслойнш .: диэлектриком;проявляется.в сокращении размеров протяженных ". объемных/дефектов: и соответствующем .^увеличении.более ием в 2 раза; генерационного:времени¡жизни, неосновных носителей:заряда-.;:.

Приризучении распределения ЛОАГ/.в МДП-структурах. .с поыо-: • щью емкостных, методик и сканирующего, ртутного зонда,;.установ-. -лено ; что .-минимальная..плотность ЛОАГ.,получаемая, сразу:после,; нанесения,:слоев:гиэдектриков,: практически: одинакова как .в .: Ы$&19зрг ,так;и в .$¿¿£¡.0^ 6Ъ -структурах: и со-ставляет.2.4. см-^.' Она, .видимо, определяется:качеством ис-ходнрго: кремния..я ,

В пятой главе на основании.модели ВГ,,обсужденной: в главе 1,1 были::рассчитаны шараыетры: технологических ;процессов.необходимые: для,, по лучени/- . внутреннего, геттера и была, проведена опти-. мизация. этих ^параметров для.'использования .ВГ.в технологии ПЗС Затем. было .исследовано .влияние:внутреннего: геттера на электро- • Физические.:характеристики ;ВДП-гСгрукгур. и р-п-переходов и,в заключении;..исследовано.:влияние внутреннего геттера на накопление.: радиационных дефектов в р-п переходах.

Первая (высокотемпературная) стадия ВГ..:рассчитывалась на основе уравнения,описывающего обратную,диффузию кислорода,

СШМ = + (С,-С„) (х/2 ,

где С^/,1- поверхностная, а - начальная объемная кон-

центрация .кислорода; А- коэффициент диффузии кислорода,в кремнии'прг температуре 7/.; X - расстояние от:поверхности пластины;'•.\~tf-.время обратной.диффузии; индексы:1 и 2 ука- ■ зывают на'отношение к первой.или второй:стадии ВГ..'

3?орая ;( низкотемпературная) стадия,ВГ.:моделировалась на. , основа выражения для скорости равновесного; зародьппеобразова- . ния

где Н - постоянная Зельдовича; й^ - коэффициент диффузми кислорода при- температуре 7л ; - радиус критического зародыша; С. - удельная свободная: энергия образования границы раздела между преципитатом я матрицей; АГ - постоянная Больц-мака;.е/ , - межатомное расстояние в решетке кремния. Вследствие квадратичной зависимости скорости зарадшгеобразованкя от концентрации кислорода-, за приближенный критерий для оценки длительности первой стадии было принято соотношение

с^еМмл,) = с* ст?) -

где - глубина бездефектной зоны (БЗ).

На основе »¡бранной 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 - -Ь^ 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 = что при напряже-

нии 5В составляет 0,5...О,8 нА/см^ ( ^ - зарвд электрона;

И.,' - собственная концентрация; V/ - ширина ОПЗ; ^с -время жизни собственных носителей).

Для исследования влияния внутреннего геттера на ГРД в ВДП-структур ах и р+-п диодах использовались образцы, изготовленные на п-кремнии при проведении первой стадии при температуре П50°С в среде кислорода и трихлорэтилена (0£+ТХЭ) в течение 3,5 ч.В результате исследования спектров плотности поверхност-

ных состояний в ЩП-структурах методом Термана, установлено.что внутренний геттер позволяет понижать плотность состояний в середине запрещенной зоны в 3...5 раз в структурах с ив 2... ...3 раза - с При этом при исследовании с поиоцьо емкостных методик плотности ЛОАГ в ЦДЛ-структурах с двухслойным диэлектриком, подвергнутых ВТО при 950^0 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~"£ измерений рассчитаны генерационные времена жизни. После ВТО отмечена существенная деградация параметров ВДП-структур без внутреннего геттера. Времена темновой релаксации ВДП-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 МДП-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 МДП-структурах после длительных ВТО является высокая плотность ЛОАГ.

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

пластине в случае ВДП-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 О^+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 ОЗАХ 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 логарифмических 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 0£+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-телем 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 ЛОАГ представляют собой декорированные приповерхностные ДУ,то внутренний геттер не только пред-

отвращает их декорирование, но и образование новых приповерхностных ДУ. Причем, в случае совмещения ВТО третьей стадии ВГ с-окис-ленизм в среде Og+TXS БЗ возрастает не ыенее чем в 5 раз и пре-_зызает 100 мкм, по сравнению с образцами, на которых до этой ВГО нанесен двухслойный диэлектрик. SiOi-StsA^ . При максимальных увеличениях микроскопа (1500х) в БЗ наблюдается высокая плотность (до Ю^см-3) мелких (-г 0,5 мкм) сферических лунок травления преципитатного типа.

В следующей части главы изложены.результаты исследования накопления радиационных дефектов после у -облучения р+-п диодов с внутренним геттером и без него в диапазоне доз от 8-10^ Р до 9'Ю Р. Параметры получаемых при этом ГЦ исследовались ÙLTS-методом. После облучения были обнаружены четыре ГЦ Ej, Eg, Eg, Е^ с энергиями активации и сечениями захвата соответственно равными Ес-0,17 эВ; Ес-0,23 эВ; Ес-0,39 эВ; Ev +Ù,35 оВ; 8,2-Ю"15см-2;

1,5'10~^см~^; Г.б'Ю-^см"2; Г.З.ПГ^см""2. ГЦ Ej и Е4 были идентифицированы как А- и К-ценгры. Скорости введения ГЦ Ej, Eg, Eg, Е^ для образцов с внутренним геттером составляют (2,2...3,6) •ТО^м-Зр-1; (1,б...2,6)-Ю3сы"3Р~1; (2,0...3,3)•103см"3Р"1 ; (1,3...3,1),10^см~®Р , соответственно. Для А-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 DLTS- спектрах образцов без внутреннего геттера Eg отсутствует, в то же время в ÙLTS - спектрах образцов с геттером Е<р и Eg присутствуют в равных концентрациях. Изменение ■концентрации при изменении расстояния от поверхности от 5 до 12 мкм наблюдалось в образцах с внутренним геттером только для Eg и Eg от 1,6*10^ до 2,4-10^ см-3, 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 дивакансии в различных зарядовых состояниях ( и W~ ). Кроме того при измерении концентрации наблюдается характерный признак неравномерного распределения ГЦ - уменьшение амплитуды пика при увеличении "временного окна". При расположении ГЦ в оболочках мииродефектов заселенность уровня Eg в диодах без геттера

1тг.актически не изменяется и соответствующий ему 01- ТВ -пик о сутствует. И действительно, при больших дозах облучения (более 8'Кг Р) в -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 геттерирутощего микродефекта и матрицей должен существовать значительный потенциальный барьер Л у7 » Ед - Е£ = 0,16 эВ [ У] , 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 £-<2 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 РЕЗУЛЬТАТ РАБОШ

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

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

'¿. 3 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 сраде С^+ТХЭ.

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

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

при изготовлении БИС и подавляет образование новых ЛОАГ ( и, соответственно, видеодефектов типа белых точек в ПХ) при длительных ВТО в процессе изготовления ПХ,снижая плотность ЛОАГ до минимальной величины,видимо, определяемой 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 SiOz , так и с двухслойным Si'O^ - Л^ диэлектриком.

6. Микродефекты, геттерирующие 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 Елияет на процесс накопления дивакансий в кремнии п-типа при -облучении.

Литература

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

Публикации по теме диссертации

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

2. Барышев С.К.,Савельев В.Д. Влияние внутреннего геттера на параметры ПХ ФЗП для телевизионной техники//Техника средств с вязи .Сер. Техня ка теле видения.-1991. -Вып. 5. -С .80-84.

3. Барьнеп С.X.,Савельев В.Д. Исследование влияния внутрен-•-"'го геттера на обратные тока е р-п-;;ереходах в условиях многократкого термопикл/роЕН:; ?//Äm.ЛЭТ/I:Сб.науч.тр./Ленингр.элект-рс: оу.л.'л -т ну .В.И.Ульянов-' (Л м/- ¡."О .-Л. ,1990.-Вып.420.-С.49-56.