Оптимистические и электрофизические свойства аморфных пленок нитрида и оксинитрида кремния переменного состава Баширов, Мусавер Забит оглы

Введение к работе

'Актуальность теш. Тонкопленочные материалы накодят широкое применение в электронике, энергетике, машиностроении и других областях народного хозяйства. Важной особенностью процесса осаждения тонких пленок, является относительная простота создания покрытий с заданным профилем распределеіяя по толокне и по площади оптических и электрофизических свойств. Возможность создания таких многослойных структур позволяет как повисить эффективность существующих приборов, так к разработать принципиально новые конструкции.

В этой связи особый интерес приобретают исследования пленок SlN_xи 5ьО_хМм , состав которых, а следовательно, и физические свойства могут варьироваться в широких предела;., что позволяет использовать их в качестве селективных гешюрегулируюшх и про-светлявких покритий, оптических фильтров. Несомненно, перспективно использовать эти пленки для улучшения характеристик ШОП эле -ментов памяти, а также при создании нового класса солнечных эле -ментов с индуцированным каналом.

В настоящее время наиболее полно исследозаны пленки стехио-метрического нитрида кремния, чьи свойства, благодаря широкому использованию в бурно развивающейся микроэлектронике, хорошо описаны в большом количестве статей и монографий. В то яе время пленки SlAfx и SiugjNg переменного состгча до настоящего времени практически не исследовались. Хотя и существует ограниченное число работ, посвященных ошюанию тех или иных свойств пленок, отсутствуют комплексные исследования их физических свойств,.с учетом технологических особенностей осаждения, необходимые для их практического применения.

Полью работы является установление структуры тонких пленок SuNjH SlOjNn переменного состава, изучегае влияния технологи-

ческих особенностей ах приготовления на оптические и электрофизические свойства, а также создание эффективных фотопреобразо -вателей. Для достижения цели потребовалось решение следующих задач:

1. Разработка и создание системн магнетронного распыления.

2. Разработка технологии получения пленок SlN_x и SlQ_xNu переменного состава методами реактивного магнетронного распыления и трехэлектродного ионно-плазмешого расгыления. Получение W МДП и МНОП структур.

3. Исследования зависимости оптических, электрофизических, Сйсе-спектров и спектров электронного парамагнитного резонанса пленок от технологии их получения.

4. Разработка конструкции солнечного элемента с индуцированным каналом и технологии нанесения двухслойных просветляющих по -крытий.

5. Разработка"Методики измерения и аппаратуры для изучения полупроводниковых приборов методом динамических вольт-фарадкых характеристик.

Научная новизна

6. Впервые показана возможность получения варизонных планок SiN^H SiUjNu с широкой областью изменения состава методом реактивного магнетронного распыления.

7. Разработана модель, описывающая оптические и диэлектри -ческие свойства пленок 5lO_xNij переменного состава. Рассчитаны диэлектрические функции пленок SlN-j и SlOxNu в широком спектральном интервале.

8. Впервые определены энергии уровней ответственные за прыжковый и сильно полевой механизмы переноса в пленках SIN* пере -кенного состава.

4. Обнаружена возможность сочетания высокого значения фиксированного заряда и низкой плотности поверхностных состояний яри высоко-температурной обработке границы раздела SlNjc -туннель но-тонкий Si. О a" Si.

Практическая ценность. Разработана и внедрена на предприятиях п/я В-8560 и ВШИТ технология получения двухслойного просветляющего покрытая SlN_x^- SiOjMu, позволяющего увеличить ток короткого замыкания на 37$.

Показана возможность создания солнечных элементов с индуцированным каналом на основе плёнок туннельно-тонкий SiO_a-5lN_a и . разработана конструкция фотопреобразователя с самовосстанавливающимся инверсионным слоем.

Результаты исследований свойств границы раздела SLN_X— Sl , SlOjjNn-SL могут быть использованы при создании МОП и ШОП приборов для ШС и СБИС.

Основные положения, пыносимые на защиту.

9. Структура плёнок Si.N_t (0 і х 4 1,33) и SlO_xNy, полученных методами ионно-плазмеиного трёхэлектроцного и магнетронного распыления, представляет собой смесь хаотически связанных тетраэдров Si.-SluNvu ^и Sl~0uM^.u , где 0 4 у 4 ⁴«

10. В плёнках SLN_a при х - 0,8 обнаружено резкое изменение электронных и оптических свойств, обусловленное преобладанием

в ближайшем окружении атомов кремния атомов азота.

3. Сдвиг полосы валентных колебаний в низкочастотную область при понижении концентрации азота обусловлен уменьшением длины связи

4. Проводимость плёнок SLN_X в слабых полях обусловлена прыжковым механизмом переноса между дефектными уровнями, которые ответственны и за Пул-Фреикелевский , стимулируемый полем, термический выброс, наблюдаемый в сильном поле.

5. В пленках SLN_X , полученных ионно-алазменным магнетронним распылением, присутствуют парамагнитные центры, которые распределены в пленке в виде изолированных кластеров.

6. Низкая плотность поверхностных состояний, наблюдаемая при отжиге МЮП структур і№-5іДтуннельно-танкил SlO_a^_ SL обусловлена снятием напряжений в пленке нитрида кремния благодаря образованию слоев оксинитрида, при этом рост величины фиксиро -ванного заряда вызван образованием полонительно заряженных кислородных вакансий.

Апробация работы. Основные результаты д"ссертации докладывались на III научно-технической конференции молодых ученых и специалистов го источникам тока и преобразованию видов эн-.ргии (Москва, IS87), на конференции молодых ученых АН АзССР (Баку, IS87), на координационном совещании социалистических стран по физическим проблемам оптоэлектроники (Баку, 1989) и обсуждались на научных сешшарах_СКБ "Теллур" Института физики АН Азербайджан -ской Республики, лаборатории гетероструктур Института физики АН Азербайджанской Республики.

Публикации. Содержание диссертации отражено в 16 публика -циях и трех авторских свидетельствах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложения. Она содержит 147 страниц машинописного текста, включая jy таблиц, 48 рисунков и библиографии из 129 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность теш, сформулирована цель работы, отмечены новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены научные положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.