Научный архив: статьи

Методом спада фотопроводимости -PCD в образцах кремниевых пластин n-типа, выращенных методом Чохральского, обнаружены кольцевые неоднородности в распределении времени жизни неосновных носителей заряда, отсутствующие или слабо выраженные в кремнии р-типа. Средняя величина указанных неоднородностей возрастает при проведении термических операций при изготовлении фотодиодов. Обнаруженные кольцевые неоднородности в распределении времени жизни коррелируют с неоднородностями в распределении фото- и темнового тока фотодиодов, изготовленных на исследованных пластинах.

Методом спада фотопроводимости -PCD в образцах кремниевых пластин различного типа исследовалось влияние технологических операций на образование пространственных (кольцевых) неоднородностей в распределении времени жизни неосновных носителей заряда. Показано, что средняя величина неоднородности, небольшая в исходных образцах, возрастает при проведении термических операций, используемых при изготовлении фотодиодов. Неоднородности сильнее выражены в кремнии n-типа. Обнаруженные кольцевые неоднородности в распределении времени жизни коррелируют с неоднородностями в распределении микродефектов. На основе полученных результатов предполагается, что причиной снижения времени жизни в кольцевых неоднородностях являются указанные микродефекты, представляющие собой кислородные преципитаты с петлевыми дислокациями, декорированными быстродиффундирующими примесями.

Методом спада фотопроводимости μ-PCD и селективного травления исследовалось влияние диффузии фосфора на образование кольцевых неоднородностей в распределении микродефектов и времени жизни неосновных носителей заряда в кремниевых образцах. С помощью метода селективного травления показано, что диффузия фосфора с высокой концентрацией приводит к процессу роста кислородных преципитатов, приводящему к возрастанию неравномерности в распределении микродефектов и времени жизни неосновных носителей заряда. Причиной, вызывающей ускоренный рост преципитатов в областях диффузии, является генерация вакансий диффузионным слоем.

Исследована зависимость значений () и однородности распределения времени жизни (/) неосновных носителей заряда (ННЗ) в кремнии n-типа от поверхностного сопротивления диффузионного слоя фосфора и показано отсутствие такой зависимости при диффузии бора. Показано, что увеличение концентрации фосфора приводит к увеличению времени жизни  ННЗ и его неоднородности / и сопровождается изменениями в размерах и плотности микродефектов. Гомогенизирующая термическая обработка в кислороде при 1100 оС (tabula rasa) была использована для уменьшения не-равномерность в распределении времени жизни / ННЗ при последующих диффузионных процессах при сохранении достаточно высоких значений τ. Обсуждаются механизмы генерации микродефектов при диффузионных процессах.

С использованием оптической микроскопии, РЭМ, атомно-силового микроскопа и профилометра определены форма, размеры и примесный состав локальных дефектов, возникающих в слое двуокиси кремния при диффузии фосфора. Причиной образования дефектов в пассивирующем окисле при диффузии фосфора является локальное плавление SiO2 при взаимодействии с жидкими каплями фосфорно-силикатного стекла. Снижение температуры процесса осаждения (загонки) фосфора и концентрации POCL3 в газовом потоке приводит к уменьшению плотности дефектов окисла.

Показано, что предварительная термическая обработка в кислороде и азоте при 1150 С в течение нескольких часов значительно снижает неравномерность в распределении времени жизни неосновных носителей заряда в кремнии, выращенном методом Чохральского, при последующих диффузионных процессах. Полученный результат объясняется образованием при отжиге приповехностной зоны с пониженной концентрацией кислорода, в которой подавляется рост кислородных преципитатов.

Проведено сравнение распределений темновых токов, времени жизни неосновных носителей заряда и микродефектов, выявляемых селективным травлением. Показано, что основной причиной повышенных темновых токов и пониженной фото-чувствительности в кремниевых фотодиодах, изготовленных на кремнии n-типа, изготовленным методом Чохральского, являются генерационно-рекомбинационные процессы на мелких окисных преципитатах.