автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Прогнозирование и модификация лазерным излучением свойств слоев поликремния в структурах "кремний-на-диэлектрике"

Д Е Р ж А В11И И УНИВЕРСИТЕТ «Л ЬВ1ВСЫ(А П0Л1ТЕХН1КА»

2 3 ДПР На правах рукопнсу

ПАНКЕВИЧ 1гор Миронович

ПРОГИОЗУВАННЯ ТА ЛЮДИФ1КАД1Я ЛАЗЕР НИМ ВИПРОМ1НЮВАННЯМ ВЛАСТИВОСТЕЙ ШАР1В ПОЛ1КРЕМНПО В СТРУКТУРАХ «КРЕМН1Й-НА-Д1ЕЛЕКТРИКУ»

Спещальжсть 05.27.01 — Твердотчльна електронша (включаючи функщональну)

Ангоре ф с р а т

дисертацп на здобуття наукового ступення кандидата техшчннх наук

Льгп'в — ШС

4'

/

ДисертиЦею е рукопис

Робота виконана на кафедр! нал1впров1дниково1 електро-н1ки Державного ун1верситету "ЛьЫвська пол1техн1ка".

Науков1 кер1вники: доктор ф1зико-математичш!Х наук,

професор Вуджак Я.С. доктор техн1чних наук, професор Дружин1и А.О.

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор ф1зико-ыатематичних наук,

професор Стах1ра Й.М. калдвдат техн!чних наук, с.н.с. Смеркло Л.М.

ПровIдна оргш11аац1я - Черн1вецький державний ун1верситет

1м.' Ю. Федьковича, м. Черн1вц1

Займет в1дбудетьсн IV травня 1996 р. о 1&00 год. на ьа-с1данн1 спец]аз1воваш1 ьчено'1 ради Д 04.06.18 при Державному ун1в.ерситет1 "Льв1вська пол1техн1ка" (290013, ы. Льв1в, вул. С.Бандери, 12, головний корпус, ауд. 124).

3 дисертац1ью ыожна ознайомитись в иауков1й 01бл1оте1Ц ун1верситету (290013, вул. Професорська, 1).

Автореферат роз1сланий '42" кв!тня 1996 р.

Вчений секретар >

■ г^ /

спец1ал1аоЕано] ради ' У^___ Байдар н. 1.

ЭАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть роботи. Пол!кристал!чн1 шари кремн1ю широко використовуються в технологи м!кроелектронних прилад!в. Осташпм часом властиьост! структур на основ! цього матер1а-лу !нтенсивно вивчаються у зв'язку з можливостями його зас-тосування в м!н!атюрних сенсорах 1 тривим!рних 1нтегральних схемах. Основною метою таких досл1джень е покращення елект-роф1зичних параметр!в пол1кремн!ю, зокрема зменшення к1ль-кост1 дефектов та п!двшцення рухливост1 носПв заряду .тому цо прилади, виготовлен! в др1бнозернистих шарах, маютъ малу швидкод!ю I низьку температурну стаб!дьн!сть характерней:!:.

розширення сфери використання структур типу "кремнхй-ка-д1електрику" пов'язують, насамперед, 1з розробкою принцкпово нових метод1в покращення 1х якост!, оск!льки використання традшцйних способ1в в!дпалу не призводить до 1стотних як!с-них зм!н у властивостях материалу або не в!дпов1дае сучасним технолог1чним вимогам щодо формування багатошарових м1кро-схем. Серед них ч!льне м!сце. займае лазерний в1дпал ма-тер1ап!в з рекристал!зац1ею через р!дку фазу, що дозволяе цътеспрямовано модиф1кувати ' властивост! пол!кристал1чних шар1в за рахунок теплово! д11 випром!нювання. В пор!внянн! з в1домими методами лазерна обробка призводить до локального розплаву шар1в, нанесених на д1електричн! гЦдкладки, та зб!льшення розм1р!в зерен без пошкоджень структур, сформова-них у натвпров1дникових пластинах, що е основною вимогою в

технологи мшроелектронних схем вертикально! !нтеграц!1.'-

«

Результати доавджень впливу лазерно! рекристал!задП на властивост! полхкремнш, як! е в л!тератур!, важно вико-ристовувати для прогнозування характеристик матер!алу, ос-к!льки в публ!кац!ях подаеться розр!знена !нформац!я.' В!дом1

методи .моделювання к1нетичних ефект1в у шара/ пол!кремн1ю складн1 для розрахунк!в 1 не дозволяють продиференц1ювати внески р!зних механ1зм1в розс1ювання носПв заряду. Тому досл1дження впливу- лазерного випром!нювання на к!нетичн! ефекти в структурах, виготовлених на основ! шар1в полХкрем-н!ю, . потребують комплексного подходу, а створення пор1вняно простого та оперативного способу, придатного для моделювання явит переносу в пол1кристал!чних шарах, е актуальним науко-вим завданням.

Науков1 досл!дження,закладен1 в дану дисертац1йну роботу, виконувалися у в1дпов1Дност! з Державною науково-техн1ч-ноа лрограмою ДКНТ Укра1ни " Розробка ф!зичних 1 технологоч-йих основ створення багатофункц1оналъних швидкодд.ючих 1нтег-ральних схем' нового поколения, в тому числ1 тривим1рно! 1н?еграцП, нових тигпв дискретних прилад!в та 1нтегральних сенсор!вна основ! систем "кремн1й-на-1золятор1" (шлфри про-ект!в 5.44.01/033-92 та 5.44.01/025-93).

Метою робот'и е комплексне досл!дження властивостей ша-

\

. р1в пол!кремнш на д1електричнйх подкладках 1 ьстаноьлення основних законом!рностей у IX эм1нах гпд д1ею лазерного ви-пром1нювання для отримання КНД-структур 1а заданими характеристиками.

0сновн1 завдання досл!дження:

- досл!дження структурних зм1н в шарах пол1кремн1ю на Д1едектричних п1дкладках та залежностей "¡х електроф1зичних властивостей в!д технолог!чних режим 1 в мжрозонно! лазерной обробки;

- встановлення основних механ!зм1в розсшваннн носИъ варяду в рекристал1зованому пол1кремн1'1 при температурах

- Б -

300 + 500 К;

- створення модел! явищ переносу та програмного забез-печення для розрахунку к!нётичних ефект!в у шарах псшкрем-н1ю в залежност! в1д 1ндукцН магн1тного поля, концентрацП дом!шки, розм1р1в кристая!т!в 1 температури середовгаца;

- анал!а експериментальних законом1рностей зм1н властивостей шар1в пол1кремн1ю на дгелектричних п!дкладках 1 пояснения результатов з використанням залропоновано! модел1.

На аахист виносяться:

1. Встановлен! ааконом1рност1 у эм1нах властивостей иар1в лол!кремн!ю в КНД - структурах п1д д!ею лазерного ви-

лром!нювання;

2. Ф1зична модель кШетячних ефек?1в в КНД-структурах при бисоких температурах а врахуванням розс!ювання на грани-цях зерен, 1он1эованих атомах дом1шки та поливаниях кристально! гратки.

3. Алгоритм роврахунку властивостей иар1в пол1кремн1ю на основ1 нового методу в к!нетичн1й теор!1.

Об'екг 1 методи досд1дження, Вирощування иар1в пол1-кремн1ю на д1електричних Шдкладках зд1йснювалося шляхом осадхекня сидану з газово! фази в реактор! пониженого тиску при температур! 625 °С (ЬРСУБ-метод). На 1х поверхню наноси-лося комб!новаяе покриття з плавки БЮг та смуг Б1зИ4 для покращення морфолог11 шар1в та забезпечення попередньо задано'! локал1зацН дефект1в при рекристал1зацП матер1алу за допомогою IАГ: лазера неперервно! д1'1. Для досл1джень структурно! досконалост! шар1в застосований метод просв1чую-чо1 електронно! м1кроскоп11. Вим!рювання питомого опору по-л1кремн!ю та досл1дження ефекту Холла проведен! на тестових

. - 6 -

елементах чотиризондозим методом. Для моделювання властивос-тей використан1 засоби сучасно! теоретично! ф1зики та чи-сельн1 методи розрахунк1в.

Наукова новизна роботи:

- на основ! комплексна досл!джень встановлен! кореля-ц1йн1 сп1вв!дношення м1ж режимами'лазерно! рекристал1зацП та електроф!зичними параметрами шар1в пол1кремн1ю;

- розрахован1 коеф1ц1енти в1дбивання лазерного випром1-нювання з довжиною хвил1 1.06 мкм в1д системи шар1в Б^г^/ БЮг/ 51-П0л1;

- запропоновано новий спосЮ розрахунку часу релаксацП носПв заряду при розс1юванн1 на межах зерен;.

- при прогнозуванн1 властивостей шар!в пол1кремн1ю в структурах "кремн1й-на-д!електрику" вастосовано новий п!дх1д до визначення нер1вковат.но'1 одночастинковоЧ функцП роапод1-лу носПв заряду за енерг1ей.

Практичне значения. Розроблен1 рекомендацП цодо вибору технолог1чних режим!в лазерно'1 рекристал1зацП шар1в' пол1-кремн1ю за допомогою 1АГ: Нс1+- лазера з довжиною хвил1 випро-м1нювання 1.06 мкм для ц1леспрямовано1 модиф1кацП електро-ф1вичних' властивостей матер1алу.

Реал1зац1я роботи. Результати дисертавдйно'! роботи ви-користан1 при створенн! тензорезистивних та емнЮнкх датчика тиску ( АТ "Родон", м. 1вано-Франк1вськ). Практична Щн-н1сть роботи п1дтверджена актом про використання.

Апробац1я роботи. 0Сновн1 результати роботи допов1дали-ся 1 обговорювалися на Республ1канськ1й конференцП "'Хлзика и химия поверхности и границ раздела узкощелевых полупроводников" (м.Льв1в,1990); 111-й М1жнародн1й европейськ!й кокфе-

решит з вирощування кристап1в (м.Будапешт, 1991); lV-й 1 V-й

М1жнародних конференц!ях з ф!зики 1 технолог!! тонких пл!вок.

(м. 1вано-Франк!вськ, 1993, 1995); 1-й М1жнародн1й кокфбр&н-

цП "Конструкц1йн1 та функц1ональн! матер1али" (м.Льв!в,

1993); на 1-й Шжнародн1й конференцП "Матер!аловнавство ал-

мазопод!бних ! халькоген!дних нап1впров1дник!в" (м.Черн!в-

' ц!,1994); NATO Advanced Research Intern. Workshop, (Gurzuf,

Crimea, Ukraine, Nov. 1-4, 1994); Int. Sch.- conf. Physical '

Problems.in Material Science of Semiconductors (Chernivtsi,

Ukraine, Sept. 11-16, 1995). KpiM того результати досл!джень i

допов!далися на науково-техн!Чних конференц!ях та наукових сем1нарах кафедри нап1впров1дниково! електрон1ки ДУ "Льв!всь-ка пол!техн1ка".

Публ1кацП-. Результати досл1джень в!дображен1 в 10 наукових працях.

Конкретний особистий внесок дисертанта в одержанн! наукових результат!в.( Дисертант пров1в лазерну рекристал1зац!ю структур "кремн1й-на-д1електрику" та електроф!зинн! досл1дае-ння зразк1в. Розробив ф!зичну модель явищ переносу в шарах пол!кремн1ю, алгоритм i програмне забезпечення для розрахун-ку йнетичних властивостей матер!алу. Брав участь у п1дго-товц1 публ!кац!й та в науково-досл!дних роботах з промисло-вопридатних технолог!й. Висновки i положения, винесен! на захист, належать автору.

Структура та обсяг дисертацП. Дисертац1я складаеться 1з вступу, п'ятьох роздШв, основних результат!в та виснбв-к!в, списку л!тератури i додатка. Загальний обсяг роботи 162 стор!нки машинописного тексту, включаючи 35 рисунк!в. Список л!тератури складаеться з 140 найменувань.

- 8 -

ОСНОВ] МЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! з'ясован! актуальн!сть проблеми, тема досл1д-жень, 1х наукова новизна 1 практична ц1нн!сть, а також сфор-мульован! основы! положения, як! виносяться на захист.

У першому розд1л! описан! методи лазерно! р!дкофазно! рекристал18ац1 пол!кремн1ю 1 проанал1зован1 механ!зми росту кристал!т1в у аалежност! в!д умов обробки матерХалу. Наголо-шено, що м1крозонна лазерна рекристал1зац!я з незначним п!-д1гр!вом п!дкладки - простий в реал!зацП технолог!чний про-цео, який забезпечуЕ отримання на д1електричних п!дкладках як1сних монокристал1чних д!лянок, придатних для виготовлення м!кроелектронних прилад1в. Розглянуто результати досл1джень властивостей пол!кремн1ю 1 показано, що л!сля лазерно'1 ре-кристал1зац11 значно покрашуються параметри матер!алу.

Проанал1зован! модел1, що використовуэться для прогно-вування зм!н у властивостях* пол!кремн!ю в залежност! в!д температури, концентрат 1 домШки та розм!р1в кристал1т1вс В1дзначено,що в д!апазон1 температур 300 * 500 К вони неадек-• ватно' описують явища переносу при високих р1внях легування 1 значних розм!рах кристалШв, оск1льки не враховують внесок об'емних механ1зм!в гозс!ювання.

На основ! анал1зу л!тературних даних сформульован! зав-дання дисертац'.йно! роботи.

У другому роздШ розглянут1 основн1 методи к1нетично! теорП, ях1 використовуються для моделювання явит переносу в нап1впрлв!дникових кристалах,1 запропоновано алгоритм розра-хунк> властивостей пол!кремн1ю на основ1 альтернативного способу визначення нер!вноважно! одночастинково'1 функцп розподиу носПв заряду за енерг1ею.

Шукана нер1вноважна одночастинкова функц1я розпод1лу f(e) мала гакий вигляд:

де е - енерг!я носПв заряду в кристал1, a|i- електрох!м1ч-ний потенц1ал. Одночастинкова 8м1на енергГ! носПв заряду Дер визначалася за формулою:

ДеР - P-Vd - р (uik(B)j F* /в. (2)

де Vd - дрейфова Швидк1сть hqcIIb эаряду; ujk(B) - компонен-ти тензора м1кроскоп1чно! рухливост1

в1к Ui + z uj uk 6iki Bi + Bi Br uiu2u3 , ч

uik(B)----—s-—5-—p-. O)

-1 + Bi U2U3 + Bz U1U3 + Вз^ U1U2

де u¡ та B¡ - в!дпов1дн1 комлоненти д1агонального тенэора

м1кроскоп1чно! рухливост! нос 11 в заряду 1 вектора 1ндукцП

магниного поля; Sjk - символ Кронекера; Cíki - одиничний

антисиметричний тензор Лев1-.Ч1в!та; Fe - сила, яка вумовлюб

дрейф носПв заряду в кристал1

е - Д „

F& - 2еЕ--VrT. (4)

Т

У формулу (4) введено так1 позначення: Е* - Е - Vrn/(z е) -вектор напруженост1 ефективного електричного поля, a Vru та УГТ - в1дпов1дно град1енти концентрацЦ- носПв заряду i тем-ператури.

Середня сила взаемодП носПв эаряду в дефектами кристально! гратки визначалася зг1дно з класичним законом Ньютона як зм1на 1мпульсу системи за одиницю часу.

FT - Vr av(r) - í—). (5)

v ' K &t >cn

I'l Суло розраховано за допомогою квантово-механ1чно! ймов1р-'

ноет! ровс1ювання И(р,р').

'г 8У(Г) - ( р-р) W(p,p') 6ЧР- (в1к ПЦ/ХО (6)

де Вц^/Х1 - д!агональний тензор, що мае компонента

л

• 1 . .

--(1- Р /р) К(р,р ) dVp. (7)

Т1

О

Вираз (7) - в1дома в к1нетичн1й теорП функц1я для роэрахун-ку часу релаксац11. Отже, Ху Оув введений у модель без ровв'яэку р1вняння Больцмана в наближенн1 часу релаксацП.

Дрейфова швидк1сть носПв заряду визначалася з частко-вого ро8в'я8ку векторного р!вняння руху Ньютона в наСлиженн1 ефективно! маси

' - (пйк) { Рт+ Т^, (8)

в якому пик- компонента тензора ефективно! маси, а Рл- сила Лоренца.

Дал1 для моделювання явищ переносу в кристалах викорис-товувалися формули к1нетично! теорП. Прогнозування власти-востей пол!кремн1ю було безпосередньо пов'язано з визначен-ням компонент к1нетичного 1нтеграла.

Для розрахунку загального часу релаксацП носПв заряду, шр визначае м!кроскоп!чну рухлив1сть (3), Сули розгляну-т1 процеси розс1ювання носПв заряду в гомеополярних кристалах 1 проанал!зован1 особливост1 явищ переносу в пол1криста-л1чних шарах. До уваги бралося розс1ювання на неполярних оп-тичних та акустичних фононах, 1он1зованих атомах домшки. границях зерен (ГЗ) та позерхн! шар!в пол!кремн1в. Подан1 вирази для розрахунку час!в релаксацП при довольному сфе-

роИдальному закон! дисперсП 1 запропоновано новий слос1б розрахунку часу релаксацП нос 11 в варяду при пружному роас1-юванн! на межах верен, в якому враховуються дов1льне розта-шування кристал!т1в, 1х розм!ри с1 та висота потенц1ального бар'еру Р

1 ■Сгз

т* ?г к

ехр(-4кп2б2)

(9)

Ь с1 кп 1+ехр(-4кп2б2)-2 ехр(-кп2б2) соБ2кпсГ де б - стандартне середньоквадратичне в1дхилення, а к 1 кп -компонента хвильового вектора.

У третьому роздШ моделюються к!нетичн1 ефекти в шарах пол!кремн!ю з урахуванням структури енергетичних вон матер!-алу. Вирази для розрахунку компонент тензор!в питомого опору та ефекту Холла подан! в такому к1нцевому вигляд1: ( ка / Д О О

(р1к(В)1- — ' еп

о о

к! / Л О

о

1/(к1+Зк2вэ2)

(й1к(В) в!К1 Вз) - —

4 > геп

О кзВз/Д 0 ^ -кзВз/Д 0 . О 0 0 О

У формулах (10) та (11) введен! наступи! позначення:

А - к!2 + кз2Вз2 ;

ка-

к2-

I >3 (- г>

о

г <°

_1

г рЗ (_ г Ц1Ц2из

^ ^ С1Е ^ «* 1 +

(и1+и2+иэ) р3 (-сКо/йе) с!е 1 + игиг Вз2

иаигиз р3 (-аг0/с!е) (Зе

ишг Вз^

(10) (11)

(12)

(13)

(14)

1

кз-

М-Й-

р (щиг+ихиэ+игиз) р3 (~с!Го/с1£)с1е

------• (15)

йе ' * 1 + 4«и»

о

' Для визначення придатност1 ф1зично! модел1 для прогно-. аування властивоотей матер!алу проведен1 розрахунки парамет-р1в монокристад1в кремн1ю 1 сп1вставлен1 з лИературними данный. При моделюванн1 властивостей Бракована температурна валежн1сть власно! концентрацП носПв заряду та ширини заборонено! вони в кремни 1 використана однозонна модель з усе-редненою ефективною масою густини стан1в. При розрахунках властивостей шар1в пол1кремн1ю використано пол1ном1альну ап-роксимац1ю залежност1 усереднено'1 концентрацП нос1'1в заряду в1д концентрацП 1мплантовано1 дом1шки. Для оц1нки висоти потенц1альногр бар*еру вастосовано емп1ричну формулу.

На основ! ф1зично! модел1 отриман! розрахунков1 залеж-ност1 властивостей пол1кремн1ю в широкому д!апазон1 температур та концентрац!й дом!шки:' На рис.1 показано результата мрделювання рухливост! носПв заряду в шарах пол1кремн1ю з розм1рами зерен 0,2 + 1,0 мкм. При концентраЩях дом1шки бору до 10« см-3 спостер1гаеться аномальний р!ст рухливост1. Такий х1д кривих пояснюеться лише зменшенням ефективност! розс!ювання на границях зерен. При п!двищенн1 концентрацП дом1шки явица переносу визначаються внеском об'емних механ!з-м1в розс1ювання, 1 рухлив1сть носПв заряду зменшуеться. 3 рис.2 видно, що в облает! виснаження дом1шкових р!вн1в при концентрацП дом!шки бору 1016 см"3 питомий оп1р пов!льно зм1нюеться з ростом температури до ~ 640 К, а пот!м р!зко падае ( майже на порядок ) за рахунок росту к!лькост! носПв заряду внасл!док власних переход1в через заборонену зону ма-

liuiiiq Hiiiq IIIIIU) 111114 111114 111114 I 10 15 10 ,e 10 17 10 " 10 " 10 10 Концентрац1я, см"* Рис.1. Залеясн1сть рухливост! носПв заряду в пол1кремнП в1д хонцентрацИ дом)шки бору при р!аних роэм1рах кристал1т|в: 1 - 0,2 мкм, 2 - 0,4 мкм, 3 - 0,в мкм. 4 - 0,8 мкм, 5 - 1,0 мкм.

Рис.2.

м i i 11111 11111 111111111 111 г

200

400 600

Температура, К

Температурка залежн1сть питомого опору шар(в пол1кремн1к> при р!эних роэм!рах кристал1т!в: 1-30 мкм, 2-10 мкм, Э - 1.0 .мкм. 4 - 0.5 мкм, 5 - 0.2 мкм.

тер1алу. Ця законом1рн1сть збер1гаеться при 1нших ступенях легування пол1кремн1ю 1 добре узгоджувтъся з теор1ею явит переносу в нап1впров1дниках.

Моделювання п1дтвердило, щр у явшаах переносу в пол1-кремнП доы1нуе розс1ввання на границях зерен, а впливоы по-верхневих ефект!в при товщинах шар1в, як1 використовувалися для досл1джень, можна знехтувати. Розрахунки показали, що при зб1льшенн1 розм1р1в кристал1т1в у рекристал1зованих шарах знижуеться потенц1альний бар'ер Р 1 зростае час релакса-Ц11 на границях зерен, що призводить до зб1льшення загально-го часу релаксадП X 1 в1дпов1дного п1двищення рухливост1 носПв заряду та пров1дност1 шар1в. Розрахунки добре узгод-жуються з екпериментами.

У четвертое розд1л! описана технолог1я отримання ви-

605« 4058 605«

Окис, ыки

Рис.3. Коеф(ц1ент в1дбивання лазерного випром!нювання в1д системи шар!в БиьЦ-БЮг-З'!.

- .15 -

х1дних зразк1в 1 методика дссл1джень.

Проведен1 розрахунки коеф1ц1ент1в в1д0ивання лазерного випром1нювання з довжиною хвил1 1.06 мкм в1д системи шар1в SI3N4 / S102 / Sl-пол! (див.рис.Э) 1 виОран1 оптимальн! тов-цини SIO2 та SI3N4 в капсулюючому покритт1 ( в1дпов1дно 0,75 мкм та 0,15 мкм). Описана установка для лазерно1 рекристал1-зацП. Приведена методика оОробки зрагк1в. Натолошено.що для оптим1зац11 технолог1чних режим1в рекристал1зац11 сл1д п1д-Оирати сп1вв1дношення таких параметр1в: п1д1гр1в п1дкладки, потужн1сть випром1нювання лазера, швидк!сть сканування про-меня по поверхн1 1 коеф1ц1ент перекриття смуг сканування. Подана методика досл1джень властивостей.шар1в пол1кремн1'ю.

У п'ятому розд1л! в1добрахен1 результати екслерименталь-них досл1джень властивостей рекристал1зованого пол1кремн1ю.

Проанал1зовано вплив режим1в рекристал1зац11 на процеси дефектоутворення в матер1агЛ. Виявлено, та основным дефектами в рекристал1зованих шарах е дислокац11 1 с!тка границь зерен з субграницями. Встановлено, ко виСране захисне пок-риття суттево впливаг на процеси' стабШзацП росту зерен, покращуе текстуру поверхн! пол!кремн1ю, зменсуе массперенос матер1алу 1 забезпечуе задачу локал!зац1ю границь зерен.

Досл1джен1 законом1рност1 у зм1нах властивостей шар1в пол1кремн1ю на ochobI ы:м1рввань питсмого опору та ефекту Холла при температурах середсвтаа 300 * 450 К. 3 рис.4 видно, що п1сля рекристал!зацП прсв!дн1сть зростала майяе на порядок. Це явисе псяснюеться змениенням впливу ГЗ внасл1док з51льшення розм!р1в кр:;стал1т1в та перерозпод1лу 1мплантова-но'1 дом1шки при р1дкофазному в1дпал1. При пср1внянн1 експе-риментальних залехнсстей з розрахунками виявлен! незначн!

я

о

я

о

р,

в

о «

я

о ь

к

о .11 пи] 4'

• - 3'

1 1 4

ю"] 2' 3

:

1'

1

—^ '| I I I I I I I I I I'

280 320 360 400 440 Температура, К

Рис.4. Температурив залежн1сть питоиого опору шар!в пол!креин1ю до- (3,4) та п1сля (1,2) лазерно! рекристаШэац!! при концентрац1ях дом1шки бору 3,75 101всм"3 та 6,25 10'асы-3.

60 -

1 50 "

о

га 40 "

н я О 30 -

Л Ь О 20-

I 10 -

I? о-

2'

-1—I—I—I—I—I—Г—)—I—I—I | I

280 320 360 400 Температура, К

440

Рис.5, Температурка залеясШсть хол1всько1 рухливост! НосИв заряду в шарах пол!кремн!ю при р!зних концентрац1 ях домИпки бору: 1 - 3,75 10 18 см ~8, 2 - 6,25 101В см"1?

розходження. Встановлено, що при вищевказаних температурах явища переносу визначаються процесами розс1ювання носПв заряду на неполярних оптичних фононах, 1он1зовалих атомах до-м1шки та висотою потенц!ального бар'еру на границях зерен. У рекристал!зованих парах останн1й механ1зм мае незначний вплив на к1нетичн1 ефекти. Це призводить до зростання рухли-вост1 носПв заряду (див.рис.5) 1 пом1тного зменшення температурного коеф1д1ента опору при концентрац1ях дом1тки в ма-тер1ал1- до 4* 1019 см"°.

Подан! структури м1кроелектронних сенсор1в та КНД МОН-транзистора, виготовлен1 на основ1 рекристал1зованих иар!в пол1кремн1ю, 1 приведен1 1х параметри. Показано, ко так! придали мають кращу чутлив!сть, високу над1йн1сть та стаб1льн1 характеристики в широкому д!апазон1 робочих температур.

ОСНОЮЛ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИС110ВКИ

1. Для формування заданих температурних проф1л1в у зон1 розплаву при лазерной рерсристал^злцП (X - 1,06 мкм) опти-м1зовано товкини иар!в калсулмсчого захисного покриття. Виз-начено, що при товсинах 51з?и 1 ЭЮг в!дпов1дно р1вних 0,15 мкм та 0,75 мкм ксеф!ц1ент в1дбиваннл випрсм1нювачня в1д структур зменауеться до 12 X. Застосування таких вар!в дозволяв локал!зувати гранит зерен у наперед задач;« м1сцях структур "кремн!й-на-д1електрику".

2. Показано, що лазернз сбрсбка суттево зм1нюе параметри матер!алу. Встановлено, що внасл!док рекристал1зац!1 в КНД-структурах розм!ри кристаллт!в зростаоть до 100 мкм ! покращуеться морфолог 1я понерхн1 сар1в. При чьему рухлив1сть носПв заряду в пол!кремнП з р - типом пров1дкост1 зб1льиу-еться до 50 см2/(В-с) ! зн;'.гуеться його питомий оп!р.

- 18 -

3. Встановлено, що при концентрац1ях дом1шки бору 4-Ю19 см"3 в шарах под1кремн1ю ыШмальний температурний

коефШент опору (,.-8'10"4 К-1); при вищих р1внях легування пом1чено аномальний р1ст ТКО 1 зм1ну його знака. Змениення ТКО в рекристал1зованих шарах у пор1внянн1 ' вих1дним ма-тер1алом пояснюеться перерозпод!лом 1мплантовано"1 дом1шки та зменшенням к1лькост1 дефект!в у структурах 1 е важливим для Шдвшцення температурно! стаб!льност1 п?раметр1в м!кроелект-ронних прилад1в.

4. Для прогнозування властивостей вол1кремн1ю застосо-вано новий спос1б визначення нер1вноважно'1 функцП розпод1лу носПв заряду за енерПею.що полягае у знаходженн! одночас-танково'1 ем1ни енергП носПв (Дер) п!д д1ею зовн1шн1х збу-рюючих фактор1в. Нер1вновакна функц1я розпод1лу првдатна для моделювання властивостей в облает1 ом1чно! пров1дност1 та слабкого електронного роз1гр1ву.

5. Запропонований п!дх1д до визначення одночастинково! зм1ни енергП носПв значно спросе моделювання к1нетичних ефект1в за формулами к1кетично'1 теорП, оск1льки величина Дер знаходиться з операторного р!вняння руху частинок в кристал1, в якому сила взавмодП носПв заряду з дефектами кристал1чно1 гратки (Гт) розраховуеться на основ1 класичного поняття сили як зм1ни 1мпульсу частники за одиницю часу, що визначаеться через квантово-механ1чну ймов1рн1сть розс1юван-ня. У вираз для Рт входить час релаксацП нос1'1в зарйду,-який вводиться в ' розрахунковий алгоритм без розв'язання р!вняння Больцмана в т- наблкженн!.

6. Запропоновано ■новий спос1б розрахунку часу релаксацП на границях зерен у шарах пол1кремн1ю, що враховуе висо-

ту литс-аЩального бар'еру та дов!льне розташувачня кркстал1-т!в з напрям! руху hocIïb заряду. Встановлено.що при висских температурах у пол!кремн1] дом1нуючу роль в1д1грае розс1юван-ня на 1ои1зэван1М атомах дом1шки, неполярних олтичних Тойонах га гргпи^х зерен. М1кроскоп1чний час р'елаксацП лзсИв зар/.ду ¿ля останнього механ1зму розс1ЮЕачня мохе змиаоватися в мэлах в1д Ю-14 до Ю"12 с. Його внесок у к1нетичн1 ефекти is зб1льиэнням середн1х розм1р1в кристая1т1в та зни&еипкм потенц1альних бар'ер1в на границях зерен при эрос-танн1 /.онцентрацП легумчо'1 дсм1ски.

7. За розробленим алгоритмом стЕорено програмне забез-пзченкл для моделювання явил переносу в пол1кремн1евих парах, що дозволяв прогнсзувати питомий onlp, рухливЮтъ но-сПз заряду, а такс,". оШюсезти внески механ1гм1в рсзспсзання з к1нетичн1 ефекти в яалежкост1 в!д температуря, середн1х розм1р1в-кристал1т1в 1 концентрат Ï дсм!схи.

8. Встачовлено кореляц1йн1 сп1вв1днолення Mix режимами лазэрнс'1 сбробки та властизостями гар1в пол1кремн1ю 1 на основ! залропонсвано! ф!зично'! мсдел! пояснено отркман1 експе-риментазьн1 ваконом!рност1.

9. Показано, к,о придали,Екгстсвлен1 в КНД-структурах на ccHcsi рокристал1зсвансго пол1кремн!в, в1др!зняиться в!д аналог 1в, створених з др1Снсзерк;:стого матер1алу. 61льеоо швидкоглею, краге» температурная стаб1льн1стя характеристик 1 в пор!внянн! з монокр;:стал1чн;!м;1 кремн1езнми сенсора.!;: ма-ютъ кирзий д!апазсн рабочих температур.

OCHOBHI РЕЗУЛЬТАТ!« ДИСЕРТАЩ! ВИКЛЛДЕН1 В РОБОТАХ:

1. Будхак Я.С., Езед М.М.. Сирстгк C.B., ПанкеЕич I.M. КвантсвсмехаШчний розрахунск к:н=тичних коеф!ц1ент1з крис-

тал1в // Ф1зична електрон1ка. Респ. м1жв1д. наук.- техн. зб.

- Льв1в, 1992. - Вип.42. - С.38-42.

2. Буджак Я.С. .Сироток С.В., Панкевич 1.М..СоОчук I.C., Швед М.М. Елементи кваз1класично! теорП к1нетичних ефект!в в кристалах // В1сник Льв1в. пол1техн.1н-ту "Teopia i проек-тування нал!впров1дникових та рад1оелектронних пристро'1в". -1992. N 264. - С.65-70.

3. Druzhinin A.A., Kostur V.Q., Lvba О.М. and Pankevich I.M. Structure changes and crystallization process peculiarities of polysllicon layers under laser irradiation effect// Proc. 3rd European Conf. on Crystal Growth. Budapest, Hungary. Crystal Prop. Prep. Vol. 36-38 (1991). - P.388-393.

4. Druzhinin A. A.. Kostur V'.G., Kogut I.Т., Pankevich I.M., Deschinsky Y.L. Microzone laser recrystallized polysllicon layers on insulator // NATO ASI Series. Seriesi3. Physical and Technical Problems of SOI Structures and Devices.

- 1995. - Vol.4. - P.101-105.

5. Панкевич И.М., Костур В.Г. Исследование структур типа "кремний-на-изоляторе" // Тез. докл. Межресп. студ. науч. конф. "Электронные средства в промышленности". Баку, 1987.

- С.19.

6. Дружинин А.А., Костур В.Г., Панкевич И.М. Лазерный нагрев поверхностных слоев некоторых полупроводников (CdHgTe, Si-поли), капсулированных диэлектриком // Тез. докл. Респ. конф. "Физика и химия поверхности и границ раздела узкощелевых полупроводников". Львов, 1990. - С.22-23.

7. Вуджак Я.С.; Дружин1н А.О., Панкевич I.M. Ыоделюван-ня властивостей пл!вок пол!кремн1ю, рекристал!зованлх лазер-ним випром1юованням // Тези доп. 1Y Шжнар. конф. з ф1зики 1

технологи тонких пл1вок. 1вано-Франк1вськ, 1993. - С. 208.

8. Дружин1н А.0., Костур В.Г., Корольова Л.С..Панкевич I.M., Васько A.M., Ховерко ¡O.M. Структурн! особливост1 1 де-фектоутворення в шарах пол1кремн1ю п1д д1ею лазерного випро-м1нювэлня // Тези доп. I М1жнар. конф. "Конструкции 1 та Фуга:ц1оиальн1 матер1али" ШГ93. Льв1в, 1993. - С.201-202.

9. Друлин1н А.О. .Когут I.Т.,Корольова Л.С. .Костур В.Г., Панкевич I.M. Зм1на структурних та електроф1зичних власти-востей пол1кремн1евих шар1в на д1електричних Шдкладках п1д д1сю лазерного випром1нювачня // Тези доп. I М1жнар. конф. "Матер1алознавство алмазопод1бних 1 халькоген1дних нал1впро-в1диик1в". Черн1вц1, W, 1994. - С. 146.

10. Druzhlnln A.A.. Pankov Y.M., Kostur V.G., Vasko A.M., Pankevlch I.M. Recrystalllzed polyslllcon films as a material for capacitive pressure sensors // Тези доп. Y М1жнар. конф. з ф1зики 1 технологи тонких пл!вок. 1вано-<Гранк1вськ. 1995. - С.45.

Панкевич И.М. Прогнозирование и модификация лазерным излучением свойств слоев поликремния в структурах "крем-ний-на-диэлектрике". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 - Твердотельная электроника (включая функциональную). Государственный университет "Льв1вська пол1техн1ка", Львов, 1996.

Заалидется 10 научных работ, которые содержат результаты экспериментального исследования влияния лазерной рекристаллизации на структуру и кинетические эффекты в поликремниевых слоях на диэлектрических подложках в интервале температур 300 + 450 К. Исследован« механизмы рассеяния носителей

заряда, промоделированы свойства поликрешшя при концентрациях примеси 1015 * 1019 см"3 и размерах зерен 1 + 30 мкы. Установлены оптимальные толщины антиотражающего покрытия для отжига слоев лазером JiAT:iJd+ ( 1 - 1.06 мкм). Определены зависимости свойств поликремния от технологических режимов рекристаллизации.

Pankevlch I.M. Prognozatlon and modification by lazer Irradiation the properties of polyslllcon layers In "sill-con-on- Insulator" structures. Dissertation paper for fulfillment of the scientific degree of technical science candidate according to speciality 05.27.01 - Solid Slate Electronic (Including functional). State University "Lvivska Po-litechnika", Lviv, 1996.

Ten scientific publications, containing results of experimental research of the laser recrystalllzatlon influence

с

on poly-Si layers on insulator wafers structure and kinetic effects in the interval 300 + 450 K, are defended. The scattering mechanisms of charge carries are investigated, the properties of poly-Si at impurity concentrations 1015 + 1019 cm-3 and grain sizes 1+30 mkm are modeled. The optimal sizes of antlreflectlve layers are established for films annealing by laser IAG:Nd+ (X - i.06 mkm ). The dependences of poly-Si properties from the technology recrystalllzatlon regies are determined.

Ключов! слова: к!нетичн! ефекти, нер1вноважна функщя розпод1ду, розс!ввання, пол1кремн1й, лазерна рекристал1зац!я.

.Ii да:1,;,1';о д.-, A¿>r.j ОЭ.т .46.Щптг бОЯМ/Т б. Oio.rr Г Друк . лист. ?яц.2ОЙ. Tu р. ТОО „

Лрук^.гя УАл.Дв^.Лимамюа 3.