Исследование процессов воздействия атомарного водорода на электрическую прочность кремниевых р-n-перехдов и на границу раздела кремний - диоксид кремния. тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

%

'-V

Запорізький державний університет

Кошман Андрій Ромуальдович

УДК 621.315.592

Дослідження процесів впливу атомарного водню на електричну міцність кремнієвих р-п-переходів і на межу розподілу кремній - диоксид кремнію

01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Запоріжжя - 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Запорізькому державному технічному університеті.

Науковий керівник:

доктор фізико-математичних наук, професор Шаповалов Віталій Павлович зав. каф. Мікроелектроніки т< напівпровідникових приладів ЗДТ\

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Левінзон Давид Іделевіч зав. кафедри компонентів і матеріалів електронної техніки Запорізько' державної інженерної академії;

кандидат фізико-математичних наук, доцент Манько Володимир Костянтинович, доцент кафедри фізики Запорізького державного технічного університету.

Провідна установа:

Інститут монокристалів НАН України (м. Харків)

Спеціалізованої Вченої Ради К 08.04.01 при Запорізькому державном) університеті за адресою: 330600, м.Запоріжжя, вул. Жуковського, 66.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Запорізькою державного університету.

Відгуки на автореферат у двох примірниках, засвідчені печаткою прохання надсилати за вказаною адресою на ім’я вченого секретар* Спеціалізованої Вченої Ради.

Автореферат розісланий /(?. О4' 1998р.

Захист відбудеться

1998р. о ІЬ 00

на засіданп

Вчений секретар Спеціалізованої Ради кандидат фізико-математичних наук ,

\

ШВЕЦЬ Ю.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми ’

Проблема підвищення якості та надійності напівпровідникових приладів та інтегральних схем істотно пов’язана зі станом і властивостями поверхні, її зарядовим станом.

Для керуванням станом поверхні напівпровідникових кристалів використовують електрохімічні, плазмохімічні та інші методи, які діють, в основному, на молекулярному рівні і кожен з них має свою межу ефективності.

В останні роки намітилась тенденція керуваня станом поверхні і її стабілізації процесами з механізмами на атомарному рівні, а саме впливом активних газових частинок на поверхню і приповерхневі шари напівпровідникових матеріалів і структур. Зокрема, накопичено

експериментальні дані результативного остаточного змінювання

електричних властивостей приповерхневих шарів напівпровідникових кристалів і р-п-переходів на їх основі при водневій обробці, що базується на надзвичайно високій хімічній активності атомарного водню.

Однак, широке практичне застосування атомарного водню для обробки напівпровідникових структур в промисловій електроніці стримується відсутністю відтворюваних кількісних результатів і недостатнім розумінням фізики процесів, ефектів і явищ, які супроводжують взаємодію атомарного водню з поверхнею

напівпровідників і межею розподілу кремній - диоксид кремнію, а також вплив на електричну активність домішок.

Все вищенаведене дозволяє вважати актуальними дослідження впливу атомарного водню на електричну міцність кремнієвих р-п-переходів і на межу розподілу 8і-Бі02.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота є частиною планових комплексних досліджень, які проводяться на кафедрі Мікроелектроніки та напівпровідникових приладів (МЕНП) ЗДТУ за темою ДБ 06115 “Дослідження процесів впливу атомарного водню на підвищення електричної міцності р-п-переходів і на межу розподілу кремній - диоксид кремнію з метою підвищення якості і надійності напівпровідникових приладів”. Основні результати роботи увійшли до звіту по НДР кафедри МЕНП за 1995-1997рр.

Мета і задачі дослідження

Метою роботи є з’ясування механізмів та процесів, виникаючих при взаємодії атомних частинок, зокрема атомарного водню, з кристалами напівпровідникового кремнію для забезпечення створення тонких технологій в мікроелектроніці.

Під час роботи вирішувались наступні задачі:

- дослідження впливу ефектів, стимульованих рекомбінацією атомів водню на стан поверхні кремнію;

- дослідження залежності густини пасткових станів межі розподілу 8і-БіОг під впливом обробки атомарним воднем;

- дослідження можливості пасивації воднем атомів легуючих домішок в приповерхневих шарах кремнію;

- дослідження впливу обробки атомарним воднем на електричну міцність кремнієвих р-п-переходів.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Вперше отримано якісні та кількісні результати впливу обробки атомарним воднем на електричну міцність кремнієвих р-п-переходів та на межу розподілу Бі-ЗіОг . Показано, що найбільш сприятлива тривалість

обробки, яка дозволяє підвищити електричну міцність кремнієвих р-п-переходів на 45+75%, складає ! 500-^1800 с при температурі 300 К.

2. Запропонована аналітична модель для опису процесу взаємодії атомів водню з обірваними зв’язками кремнію на межі розподілу Бі-БіОг, яка ураховує процес рекомбінації атомів водню в молекули.

3. Виявлена воднева пасивація легуючої донорної домішки фосфору в приповерхневому шарі кремнію за допомогою утворення електрично нейтральних комплексів Н-Бі-Р після обробки атомарним воднем при температурі 300 К.

4. Показана можливість дифузії швидкодифундуючих домішок в об’єм кремнію, стимульованої енергією рекомбінації атомарного водню, зокрема, виявлена дифузія срібла на глибину «7 мкм без термічного впливу при тривалості обробки більш ніж 5000с.

Наукове та практичне значення одержаних результатів

Результати експериментальних досліджень розширюють уявлення про суть фізичних механізмів взаємодії атомарного водню з напівпровідниковими матеріалами і сприяють більш повному розумінню термодинамічних, кінетичних ефектів та інших фундаментальних законів фізики, які лежать в основі обробки напівпровідників атомними частками.

Показано, що можливість утворення нейтральних комплексів домішка-водень при низькій (300 К) температурі створює сприятливі передумови для розробки моделі взаємодії атомарного водню зі структурними дефектами напівпровідників і проведення подальших досліджень у цьому напрямку при водневій обробці напівпровідникових матеріалів.

Отримано якістні і кількісні залежності зміни електричної міцності кремнієвих р-п-переходів в процесі обробки атомарним воднем, які дозволяють прогнозувати можливість застосування водневої обробки в

електронній промисловості з метою підвищення якості і надійності напівпровідникових приладів і інтегральних схем.

Результати досліджень можуть бути використані в наукових дослідженнях, для удосконалення існуючих технологічних процесів мікроелектроніки, а також при розробці нових високоточних наукоємних технологій при створенні напівпровідникових приладів та інтегральних схем нового покоління.

Особистий внесок здобувана

Дисертація є узагальненням досліджень, виконаних автором особисто і в співавторстві з колегами по роботі. Автор особисто спланував і провів більшість експериментів, результати яких лягли в основу дисертаційної роботи і визначили її наукову новизну. Дисертанту належить суттєва роль в інтерпретації отриманих результатів і написанні наукових праць.

Положення роботи, що виносяться на захист

1. В результаті 1500-гІ 800с обробки кремнієвих р-п-переходів атомарним воднем відбувається підвищення їх електричної міцності в 1,54-1,8 рази, що пояснюється хемосорбцією водню на обірваних валентних зв’язках кремнію на межі розподілу Бі-ЗіОг, блокуванням виникнення поверхневого і лавинного пробою кремнієвих р-п-переходів за рахунок нейтралізації центрів лавиноутворення. "

2. Обробка атомарним воднем знижує густину пасткових станів на межі розподілу Бі-ЗіО:- Запропонована аналітична модель, в якій розглянуто протікання конкуруючих процесів адсорбції атома водню на поверхневому атомі кремнію з валентним електроном і рекомбінації атомів водню в молекулу з наступною десорбцією.

3. Під впливом низькотемпературної (300К) водневої, обробки здійснюється нейтралізація електричної активності 484-52% атомів

фосфору в приповерхневому шарі кремнію внаслідок утворення комплексів Н-Бі-Р. Формування глибинного профілю пасивації контролюється процесом утворення молекул водню Н2, який переважає при тривалості обробки понад 6000с.

4. Показана можливість низькотемпературної (ЗООК) дифузії швидкодифундуючих домішок (срібла) в кремнії, стимульованої атомарним воднем, що дозволяє уникати утворення структурних дефектів, обумовлених високотемпературною дифузією.

Апробація результатів дисертації

Основні результати роботи доповідались і обговорювались на:

- XII і XIII Міжнародних конференціях “Взаємодія іонів з поверхнею” (м.Звенігород, вересень 1995 і 1997р.);

- IX і X науково-технічних конференціях “Стан і шляхи підвищення надійності відеомагнітофонів” (м.Вороніж, березень 1995 і 1996р.);

- І Міжнародній конференції “Воднева обробка матеріалів-95” (м.Донецьк, вересень 1995);

- VIII Міжнародному симпозіумі “Тонкі плівки в електроніці” (м.Харків, квітень 1997р.);

- II Міжнародній конференції “Благородні і рідкі метали-97” (секція: застосування в електронній техніці, водневій енергетиці і водневих технологіях), м.Донецьк, вересень 1997р.;

- щорічних науково-технічних конференціях “Дні науки” Запорізького державного технічного університету (ЗДТУ) (м.Запоріжжя, квітень 1995-1997рр.);

- наукових семінарах кафедри Мікроелектроніки та напівпровідникових приладів ЗДТУ (1995-1997рр.).

Публікації

Основні результати дисертації опубліковані у 14 наукових роботах.

Об’єм і структура дисертації

Дисертація складається із вступу, шістьох розділів, висновків та переліка цитованої літератури з 125 найменувань.

Дисертація викладена на 103 сторінках друкованого тексту і містить 32 малюнка. Її повний обсяг складає 135 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність вибраної теми і мета роботи, наукова новизна та практична значимість отриманих результатів, сформульовані положення, які виносяться на захист, наведено відомості про апробацію роботи та її структуру.

У першому розділі проведено аналіз наукових досліджень по темі дисертації, присвячених проблемі водневої обробки.

Зокрема, детально розглянуті процеси адсорбції і рекомбінації атомарного водню на поверхні твердих тіл та їх вплив на поверхневі стани і властивості напівпровідників. Проаналізовано вплив водню на заряди в окисі та на межі розподілу Бі-БіОг. Підкреслено, що відомості про властивості межі розподілу Бі-ЗЮг під дією атомарного водню, які існують зараз, суперечні і не вичерпують суті питання.

Узагальнені відомості про взаємодію атомарного водню з дефектами кристалічної гратки напівпровідників. Відмічено, що попередні дослідження пасивації домішок проведені переважно для акцепторів в Бі, донорів і акцепторів в Єє і ОаАБ. Для випадка пасивації мілких донорів в

Бі дані або відсутні, або їх інтерпретація неоднозначна. Із проведеного аналізу витікає, що дане питання потребує проведення додаткових досліджень.

Підкреслена практична відсутність якісних та кількісних даних по впливу атомарного водню на електричну міцність р-п-переходів і здійснена постановка задачі.

У другому розділі описано експериментальні методики і установки, яки використовувались в роботі. Наведено похибки вимірювань.

Обробка зразків атомарним воднем проводилась на установці, яка розроблена та виготовлена на кафедрі Мікроелектроніки та напівпровідникових приладів (МЕНП) ЗДТУ. Генерувався атомарний водень за допомогою високочастотного (ВЧ) розряду в потоці молекулярного водню. Як джерело ВЧ розряду використовувався генератор УВЧ-66 потужністю 40 Вт і частотою 14 МГц.

В дослідженнях впливу водневої обробки використовувались наступні методики: час життя неосновних носіїв заряду (ННЗ)

вимірювався методами інжекції-екстракції та модуляції провідності точковим контактом; густина пасткових станів межі розподілу Зі-БіОг та концентрація легуючих домішок оцінювалась методом зняття і дослідження високочастотних вольт-фарадних характеристик; питомий опір кристалів кремнію контролювався методом виміру опору розтікання точкового контакту; товщина плівки БіСК на поверхні кремнію вимірювалась інтерференційним методом; стан поверхні кристалів кремнію контролювався по інтенсивності дифузно-розсіянного світла; вимірювались вольт-амперні характеристики р-п-переходів.

Зразки виготовлялись та досліджувались в лабораторіях кафедри МЕНП ЗДТУ, ВАТ “Гамма” та ВАТ “Перетворювач”.

У третьому розділі викладені результати досліджень можливості використання явищ, стимульованих адсорбцією і рекомбінацією атомів водню на поверхні твердих тіл в сучасних технологіях мікроелектроніки.

Досліджувались пластини п-5і<Р> зі створеними на них діодними структурами, на поверхню яких термічним осадженням у вакуумі локально наносились тонкі, до 0,1 мкм, плівки срібла. Контролювався час життя ННЗ в базовій області діодних структур, який знижувався в результаті обробки атомарним воднем, що підтверджує факт дифузії атомів срібла в кремнії. Таким чином, показана можливість використання енергії, яка виділяється при рекомбінації атомів водню на поверхні твердих тіл як стимулятора процесу дифузії атомів срібла в кристали кремнію. Для кількісної оцінки ефекту рекомбінаційного розігріву вимірювався питомий опір вольфрамової нитки, який при концентрації атомів водню в реакторі 1021 м'3, збільшується в 4,8 рази, що відповідає розігріву до 1123 К, в той час як загальна температура в робочій камері не перевищувала 310 К.

Перевага рекомбінаційно-стимульованої дифузії перед традиційною термічною дифузією полягає в тому, що енергія рекомбінації передається в локальних ділянках атомам срібла і виключається розігрів всієї пластини напівпровідника, що сприяє мінімізації утворення структурних дефектів в активній дифузійній зоні. '

Також досліджувався конкуруючий процесу дифузії процес розпилення плівок металів (Іп, Ag, Си) з поверхні напівпровідників внаслідок обробки атомарним воднем. При цьому показано, що швидкість розпилення значно зрозтає при тривалості обробки понад 2000с.

Досліджена можливість ефективного очищення поверхні кремнію і стабілізації її стану атомарним воднем. При цьому, для часу обробки до 1800 с, отримані кращі результати порівняно з очисткою в ССІ4-

Результати даних досліджень можуть бути використані при розробці високоточної технології очистки кристалів напівпровідників та технологічних процесів низькотемпературної дифузії.

У четвертому розділі наведені результати експериментальних досліджень впливу обробки атомарним воднем на зарядові стани в окисі і на межі розподілу Бі-БіОг.

Для дослідження використовувались структури 8і-8і02, створені на основі кристалів п-8і<Р>(111) термічним окисленням в сухому кисні при 1323 К. Товщина плівки БіСЬ дорівнювала 0,6 мкм. Вплив водневої обробки на густину пасткових станів межі розподілу Бі-БіОг оцінювався методом дослідження високочастотних вольт-фарадних характеристик. Експериментально встановлено зниження густини пасткових станів межі розподілу Бі-БіОг з 1016 до 1014 м'2 при обробці атомарним воднем на протязі 1200с.

Запропонована аналітична модель для описування процесу взаємодії атомів водню з обірваними зв’язками кремнію на межі розподілу Бі-БіОг-На відміну від традиційної моделі, яка описує утворення комплексу кремній-водень як результат адсорбції атома водню Н на поверхневому атомі кремнію з валентним електроном Бі*:

Бі* + Н —>■ БіН, ' (1)

запропонована модель додатково враховує конкуруючий процес рекомбінації атомів водню в молекулу з наступною десорбцією:

8і*Н + Н -> Бі* + Н2 або 2Н -> Н2, (2)

і описується диференційними рівняннями, відповідними виразам (1) і (2): с№5і*/ск = (ІГ\Т; і/ск =

де ^і* - густина пасткових станів на межі розподілу 8і-8і02; Ин -концентрація атомарного водню; кі і к2 - постійні, які визначаються згідно

теорії бімолекулярних реакцій та залежать від радіусів взаємодіючих атомів.

Результати розв’язання системи рівнянь, наведені на рис.1, добре узгоджуються з експериментальними даними, на відміну від результатів, отриманих з використанням традиційної моделі без урахування рекомбінації атомів водню в молекулу.

Таким чином, на підставі виконаних експериментальних досліджень запропонована аналітична модель дозволяє більш точно, в порівнянні з існуючими моделями, описати залежність іустини пасткових станів межі розподілу Бі-БіОг від тривалості обробки атомарним воднем. Модель описує виникнення конкуруючих процесів взаємодії атомів водню з обірваними зв’язками кремнію на межі розподілу Бі-БіОг, з одного боку, і рекомбінації атомів водню в молекули з наступною десорбцією, з іншого боку, що узгоджується з результатами експериментальних досліджень.

Рис. 1 - Залежність густини пасткових станів межі розподілу БІ-БіОг від тривалості дії атомарного водню:

1 - згідно традіційноТ моделі; 2 - згідно запропонованої* моделі з урахуванням процесу рекомбінації атомів водню в молекули; З - експериментальні результати

П’ятий розділ присвячений впливу атомарного водню на леїуючі домішки в приповерхневих шарах кремнію. Розглянуто фактори, які істотно впливають на даний процес.

Досліджувались кристали кремнію п-8і<Р>, Ыр=4-1020 м‘3.

Температура кристалів на протязі обробки не перевищувала 300 К.

Початкове значення питомого опору кристалів складало 3,2 Ом-м. На протязі обробки його величина збільшувалась, і після 1800с складала 6,3 Ом-м, що засвідчує про зниження електричної активності домішки фосфору в два рази і відповідає концентрації активних донорів Кр=2-10'4 см'3. Час життя ННЗ в приповерхневому шарі при обробці на протязі 1800с збільшувався з 2,03 мкс до 3,78 мкс, що також вказує на зменшення концентрації центрів рекомбінації.

На рис. 2 подано профіль водневої пасивації фосфору в кремнії розрахований згідно моделі, яка ураховує виникнення двох конкуруючих процесів комплексоутворення домішка-водень і водень-водень з відповідним утворенням молекули Н2.

N<0, м'3

' X, мкм

Рис.2 - Профіль електрично активного фосфору в приповерхневому

шарі кремнію в залежності від тривалості дії атомарного водню

Спостерігаємий ефект нейтралізації електричної активності донорів при гідрогенізації пояснюється слідуючим чином. При взаємодії атомів Н з зв’язками Бі-Р в об’ємі кремнію відбувається утворення комплексів Н-Бі-Р, для яких найбільш енергетично вигідною є конфігурація з безпосереднім зв’язком міжвузлового атома водню з атомом Бі. Зв’язок Бі-Р при цьому значно послаблюється і навіть може розриватись, що обумовлює перехід атому Р у міжвузловину, де він втрачає електричну активність.

У шостому розділі наведені результати досліджень впливу дії атомарного водню на електричну міцність кремнієвих р-п-переходів.

Досліджувались р+-п-переходи, виготовлені на кристалах п-Бі<Р>,(111), ІчГ<Р>=4-1020 м'3, р+-М<в>=1023 м'3. Вплив атомарного водню оцінювався по вольт-амперним характеристиками (ВАХ) зразків.

Рис.З - Тіпове змінення вольт-амперних характеристик досліджуваних р+-п-переходів внаслідок обробки атомарним воднем:

1 - до обробки; 2,3 - після обробки протягом 1200с і 1800с, відповідно.

Одержані результати, подані на рис.З можуть бути пояснені, виходячи із наступних викладок. Найбільш вірогідними видами пробою р+-п-переходів зі слаболегованою базовою областю є лавинний і поверхневий пробої. Лавинний пробій пов’язаний з лавиноподібним зростанням концентрації носіїв заряду на мікроплазмах в об’ємі р+-п-переходу. Поверхневий пробій р+-п-перехода пов’язаний з забрудненням поверхні і з електричними зарядами, локалізованими на межі розподілу 8і-8Ю2, істотно спотворює картину напруженості електричного поля в р+-п-переході, зменшуючи ширину області просторового заряду і збільшуючи напруженість поля. Внаслідок цього пробій наступає при меншому значенні зовнішньої напруги порівняно з розрахунковим об’ємним значенням.

Отримане збільшення електричної міцності р+-п-переходу після 1200с обробки атомарним воднем пояснюється пасивацією воднем обірваних валентних зв’язків кремнію на поверхні кремнію, зниженням величини заряду, встроєного в окис і очисткою поверхні від іонів домішок. Таким чином, обробка р+-п-переходів атомарним воднем сприяє спрямленню вигину енергетичних зон, зниженню напруженості електричного поля і підвищенню електричної міцності р+-п-переходів, які виходять на поверхню кремнію.

При більш тривалій обробці (до 1800с) в паралель підключається другий механізм збільшення електричної міцності р+-п-переходів, який полягає в зниженні концентрації електрично активної донорної домішки в приповерхневому об’ємі кремнію шляхом її зв’язування в електрично нейтральні комплекси з воднем, що призводить до збільшення опору базового кристалу на поверхні і сприяє збільшенню Ув, що узгоджується з одержаними експериментальними результатами, наведеними раніше.

Збільшення прямого струму р-п-переходів пояснюється поліпшенням омічних властивостей контакту Ag-Si внаслідок дифузії атомів Ag в

приповерхневий шар 8і, стимульованої впливом атомарного водню. При цьому зменьшується потенційний бар’єр межі розподілу А£-8і, зменьшується падіння прямої напруги, що дозволяє пропускати більший прямий струм при меншому позитивному зміщенні.

Тривалість обробки 1800с є найбільш сприятливою, оскільки при її подальшому збільшенні можливе не тільки спрямлення, але й вигин енергетичних зон у зворотну сторону за рахунок конкуруючого процесу накопичення позитивного заряду на поверхні кремнію, що рівнозначно підлегуванню акцепторною домішкою р+-області і приводить до збільшення напруженості електричного поля в області виходу р+-п-переходу на поверхню кремнію, і як наслідок, до зниження електричної міцності р+-п-переходів.

Таким чином, обробка атомарним воднем створює передумови для можливості підвищення електричної міцності кремнієвих р+-п-переходів, що може бути використано в технології мікроелектроніки.

висновки

1. Вперше одержано якісні та кількісні залежності впливу обробки атомарним воднем на електричну міцність кремнієвих р-п-переходів, виготовлених на базі п-Бі<Р>( 111), М<Р>= 4-Ю20 м'3, р+-М<в>= Ю23 м'3. Найбільш сприятлива тривалість обробки, яка дозволяє підвищити електричну міцність кремнієвих р-п-переходів на 45+75%, складає 1500+

1800с при температурі ЗООК.

2. Встановлено зниження густини пасткових станів межі розподілу 8і-БіОг з 10і6 м‘2 до 1014 м'2 протягом 1200с обробки атомарним воднем. Запропонована аналітична модель залежності густини пасткових станів межі розподілу Бі-БіОг від тривалості обробки атомарним воднем. Модель розглядає протікання конкуруючих процесів взаємодії атомів водню з

обірваними зв’язками кремнію на межі розподілу Si-SiC>2 з одного боку, і рекомбінацію атомів водню в молекулу з наступною десорбцією, з іншого.

3. Встановлена пасивація воднем легуючої донорної домішки (фосфору на рівні 48+52% від початкової концентрації) в приповерхневому шарі кремнію після обробки атомарним воднем тривалістю 1500с при температурі 300 К. Глибинний профіль водневої пасивації донорів в кремнії контролюється конкуруючими процесами утворення воднезмістовних комплексів та молекул 'водню. Останній процес переважає при тривалості обробки понад 6000с.

4. Вперше на прикладі срібла показана можливість дифузії швидкодифундуючих домішок, стимульованої енергією рекомбінації атомарного водню, в об’єм кристалів кремнію без термічного впливу, що виключає дефектоутворення в об’ємі активних дифузійних зон.

Основні результати дисертації опубліковані у роботах

1. Matiushin V.M., Shapovalov V.P., Koshman A.R. Low Temperature Diffusion in Semiconductors Caused by Atomic Hydrogen Stimulation // Int. J. Hydrogen Energy. -1997.- Vol. 22. - №2/3.-P. 259-261.

2. Koshman A.R. Low Temperature Hydrogen Passivation of Donor in Silicon//Functional Materials. - 1997. -Vol.4. -№2. -P.316-317.

3. Koshman A.R., Shapovalov V.P., Tomashevski A.V., Matiushin V.M., Ryabchuk A.I. Dependence of the Trap State Density of Si-Si02 Interface Treated by Atomic Hydrogen// Functional Materials.- Vol.4.- №3.- P.457-458.

4. Кошман A.P., Шаповалов В.П., Рябчук А.И. Низкотемпературная водородная пассивация фосфора в кремнии // Проблемы специальной электрометаллургии. - 1997. - №3.- С.61-63.

5. Кошман А.Р., Шаповалов В.П. Влияние атомарного водорода на электрическую прочность кремниевых р-п-переходов // Електричний журнал.-1997. - №2. -С.33-35.

6. Шаповалов В.П., Матюшин В.М., Кошман А.Р. Улучшение электрических параметров полупроводниковых кремниевых структур путем обработки их в атомарном водороде // Труды IX науч.-техн. конф., “Состояние и пути повышения надежности видеомагнитофонов”. — Воронеж: Видеофон. - 1995. - С. 59-60.

7. Матюшин В.М., Шаповалов В.П., Кошман А.Р. Низкотемпературная диффузия в полупроводниках, стимулированная атомарным водородом // Труды 1-й Междунар. конф. “Водородная обработка материалов - 95”. - Том 1.-Донецк: ДонГТУ,- 1995,- С. 75-76.

8. Шаповалов В.П., Матюшин В.М., Кошман А.Р. Распыление поверхности кремния и изменение ее структуры под действием атомарного водорода // Труды XII Междунар. конф. “Взаимодействие ионов с поверхностью-95”. — Том. 1. -М.: Информполиграф.-1995.-С.78-80.

9. Шаповалов В.П., Матюшин В.М., Кошман А.Р. Изменение обратных токов кремниевых диодов после обработки в атомарном водороде // Труды X отраслевой науч.-техн. конф. “Состояние и пути повышения надежности видеомагнитофонов”. — Воронеж: Видеофон. -

1996. -С. 57-59.

10. Шаповалов В.П., Матюшин В.М., Кошман А.Р., Рябчук А.И.

Исследование влияния атомарного водорода на зарядовые состояния тонких пленок БЮ? // Труды Укр. вакуумного об-ва: Труды 8-го

Междунар. симпозиума "Тонкие пленки в электронике". - Том 3.-

Харьков: 1997. - С. 281-284.

11. Матюшин В.М., Шаповалов В.П., Кошман А.Р.

Низкотемпературное распыление тонких пленок металлов под действием атомарного водорода// Труды Укр. вакуумного об-ва: Труды 8-го Междунар. симпозиума "Тонкие пленки в электронике". - Том 3.-

Харьков: 1997. - С. 485-488.

12. Кошман А.Р., Шаповалов В.П., Рябчук А.И. Диффузия серебра в

кремнии, стимулированная водородной обработкой // Труды 2-й Междунар. конф. “Благородные и редкие металлы” (БРМ-97). - Том 3. -Донецк: ДонГТУ.- 1997.-С. 139-140. . '

13. Кошман А.Р. Рекомбинационный разогрев поверхности твердых тел при обработке атомарным водородом И Труды 2-й Междунар. конф. “Благородные и редкие металлы” (БРМ-97). - Том 3. - Донецк: ДонГТУ. -

1997.-С. 158-159.

14. Кошман А.Р. О влиянии атомарного водорода на электрическую прочность кремниевых р-п-переходов // Труды XIII Междунар. конф. “Взаимодействие ионов с поверхностью” (ВИП-97). -Том 2. - М. : Информполиграф,- 1997. - С. 308-310.

Анотація

Кошман А.Р. Дослідження процесів впливу атомарного водню на електричну міцність кремнієвих р-п-переходів і на межу розподілу кремній - диоксид кремнію.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків.- Запорізький державний університет, Запоріжжя, 1998.

Досліджено процеси впливу атомарного водню на електричну міцність кремнієвих р-п-переходів і на межу розподілу Бі-БіОг. Показана можливість підвищення електричної міцності кремнієвих р-п-переходів на 45+75% під впливом атомарного водню. Встановлено залежність густини пасткових станів межі розподілу від часу обробки атомарним воднем і запропонована аналітична модель для описування взаємодії атомів водню з обірваними зв’язками кремнію, що дозволяє керувати зарядовим станом межі розподілу Бі-БіСЬ. Показана можливість пасивації електричної активності донорів в дифузійних шарах кремнію при обробці атомарним

воДнем, що створює умови для керування опором дифузійних зон. Показано можливість низькотемпературної дифузії швидкодифундуючих домішок в кремнії, стимульованої атомарним воднем, що дозволяє уникнути утворення структурних дефектів, обумовлених високотемпературною дифузією.

Ключові слова: атомарний водень, кремній, електрична міцність, р-п-перехід, дифузія, пасивація, межа розподілу, кремній - диоксид кремнію.

Аннотация

' Кошман А.Р. Исследование процессов воздействия атомарного водорода на электрическую прочность кремниевых р-п-перехдов и на границу раздела кремний - диоксид кремния. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.10 - физика

полупроводников и диэлектриков. - Запорожский государственный университет, Запорожье, 1998.

Исследованы процессы воздействия атомарного водорода на электрическую прочность кремниевых р-п-переходов и на границу раздела Зі-БіОг- Показана возможность повышения электрической прочности кремниевых р-п-переходов на 45+75% под действием атомарного водорода. Установлена зависимость плотности ловушечных состояний на границе раздела Бі-БіОг от времени обработки атомарным водородом и предложена аналитическая модель для описания процесса взаимодействия атомов водорода с оборванными связями кремния, что позволяет управлять зарядовым состоянием границы раздела Бі-БіОг. Показана возможность пассивации электрической активности доноров в диффузионных слоях кремния при обработке атомарным водородом, что создает предпосылки для управления сопротивлением диффузионных зон. Показана возможность низкотемпературной диффузии

быстродиффундирующих примесей в кремний, стимулированной атомарным водородом, что позволяет исключить образование структурных дефектов, обусловленных высокотемпературной диффузией.

Ключевые слова: атомарный водород, кремний, электрическая прочность, р-п-переход, диффузия, пассивация, граница раздела, кремний -диоксид кремния.

Abstract

Koshman A.R. Investigation of atomic hydrogen process of influence on electrical resistant of silicon p-n junctions and silicon - silicon dioxide interface. - Manuscript.

Thesis for physics and mathematics candidate degree on speciality 01.04.10. - physics of semiconductors and non-conductors. - Zaporizhzhe State University, Zaporizhzhe, 1998.

The atomic hydrogen process of influence on electrical resistant of silicon p-n junctions and Si-Si02 interface has been investigated. The possibility of silicon p-n-junctions electrical resistant increase on 45+75% caused by atomic hydrogen influence was shown. The dependence of the trap state density on Si-Si02 interface on the duration of treatment by atomic hydrogen, has been studied. Analitical model has been proposed to describe the interaction process of hydrogen atoms with broken silicon bonds on Si-Si02 interface that permits to control the charge state Si-SiCb interface. The possibility of donors electrical activity passivation in the silicon diffusion layers using atomic hydrogen treatment has been shown that permits to control the diffusion zones resistance. The possibility of low temperature diffusion of high diffusing mixtures in silicon caused by atomic hydrogen stimulation was shown that allows to avoid the structural defects formation caused by high temperature diffusion.

Key words: atomic hydrogen, silicon, electrical resistant, p-n junction, diffusion, passivation, interface, silicon - silicon dioxide.