УДК 621. 382. 28                        

Литвиненко В.Н., Дощенко Г.Г., Короленко А.В.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЕВЫХ ДИОДНЫХ СТРУКТУР НА ИХ ОБРАТНЫЕ ТОКИ

Херсонский национальный технический университет

Херсонская государственная морская академия

Надежность и долговечность  полупроводниковых приборов, а также их качество находятся в значительной зависимости от качества очистки их поверхности [1]. Известно [2], что изгиб зон в полупроводнике при отсутствии сдвига может определяться не только кислородными вакансиями в окисле, но и позитивными ионами примеси в нем. Поэтому экспериментально полученная C-U-кривая смещается относительно теоретической в сторону негативных значений потенциала. Для обеспечения условий плоских зон необходимо приложить дополнительное отрицательное смещение, компенсирующее заряд, изгибающий зоны в окисле. Величина этого смещения ΔU_FB позволяет оценить суммарный позитивный поверхностный заряд  Q_SS=ΔU_FBC₀ и плотность поверхностных состояний на границе раздела Si-SiO₂ N_SS=Q_SS/eS, где С₀ –емкость окисла; S – площадь МОП-структуры; е-заряд электрона.   Экспериментальное опробирование различных компонентов химической обработки поверхности проводилось на кремниевых  структурах  n-типа проводимости с удельным сопротивлением 1,7 Ом·см. Исследуемые образцы перед термическим окислением очищались в следующих компонентах химической обработки: 1) (HF:HNO₃ =1:19) - обработка в течение  20 с. 2) СМА - сульфа-малиновый ангидрид (поверхностно - активное вещество) - обработка в течение  25 мин. 3) HNO₃ - обработка кипячением в течение  50 мин. 4) ПАР - перекисно-аммиачный раствор (H₂O₂+NH₄OH+H₂O=1:1:4) - обработка в течение   7 мин. 5) СМА+HNO₃ – обработка в течение 25мин. и 50мин. соответственно. 6) СМА + (HF:HNO₃=1:19) + HNO₃ – обработка в течение 25мин., 20с и 50 мин. соответственно. Время обработки в каждом из исследуемых компонентов подбиралось экспериментально.

Окисление исследуемых образцов [3] проводилось в одном технологическом процессе по режиму: Т=1045⁰ С; время процесса - 10 мин.; среда - пары воды. Толщина выращенного окисла составила 0,16 мкм. После этого проводилась металлизация кремниевых структур и фотолитография по слою металла с диаметром окна D=1000 мкм  для  получения структур металл-окисел-полупроводник (МОП-структур).

В результате проведения эксперимента были сняты вольт-фарадные характеристики МОП-структур, обработанных приведенными выше химическими реактивами. Качество химических обработок оценивали по величине суммарного поверхностного заряда  МОП-структур Q_SS и плотности поверхностных состояний N_SS для каждого вида химической обработки, рассчитанные по методике, приведенной в работе [2], с использованием построенных графиков вольт-фарадных характеристик. Наименьшее значение суммарного поверхностного заряда и плотности поверхностных состояний (соответственно Q_SS=2,8·10^-10 Кл и N_SS=1,4·10¹¹ см^-2) получено при использовании обработки в ПАР. Также качество исследуемых химических обработок оценивали по выходу годных диодных структур, изготовленных по стандартной эпитаксиально-планарной технологии [4] на кремниевых эпитаксиальных структурах   n-типа проводимости с удельным сопротивлением 2 Ом·см. и толщиной 10мкм, очистка которых перед первым термическим окислением проводилась с использованием этих химических компонентов (см. табл.).

Таким образом, оптимальной с точки зрения обеспечения минимальной величины суммарного заряда на поверхности диодных структур и наибольшего выхода годных диодов (см. табл.) является обработка  в перекисно-аммиачном растворе. Наиболее приемлемой с точки зрения экологии и экономики является обработка поверхности диодных структур в сульфа-малиновом ангидриде, в котором отсутствуют вредные для обслуживающего персонала составляющие, что исключает необходимость использования специального оборудования и защитных средств. При этом обеспечивается достаточно высокий выход годных диодов.

Таблица

Влияние различных методов химической обработки на обратные токи диодных структур 

ЛИТЕРАТУРА:

1.  Довгошей Н.И., Крусь А.П., Литвиненко В.Н, Тхорик Ю.А. Улучшение обратных характеристик кремниевых диодных структур с помощью отжига в аргоне // Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. – 1988. – Вып.6. – С.46 – 50.

2.  Анохин В.З., Гончаров Е.Г. , Кострюкова В.П. и др. Практикум по химии и технологии полупроводников / Под. ред. Угая Я.А. - М.: Высшая школа, 1978.-191 с.

3.  Малишева И.А. Технология производства интегральных микросхем. - М.: Радио и связь, 1991.- 344 с.

4.  Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем .-М.: Высшая школа, 1986. - 368с.

ЛИТВИНЕНКО ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ – к.т.н., доцент кафедры  физической и биомедицинской электроники  Херсонского  национального  технического университета. Область научных интересов:  исследование  и разработка технологий полупроводниковых структур и их применение для создания электронных приборов.

ДОЩЕНКО ГАЛИНА ГЕННАДИЕВНА – к.т.н., доцент кафедры эксплуатации судового электрооборудования и средств автоматики Херсонской государственной морской академии. Область научных интересов: оптическая обработка информации, исследование  и разработка технологий полупроводниковых структур и их применение для создания электронных приборов.

КОРОЛЕНКО АЛЕКСАНДР ВАЛЕНТИНОВИЧ – к.т.н., заведующий электромеханическим отделением Морского колледжа Херсонской государственной морской академии. Область научных интересов: безопасность движения судов, защита людей от излучения.