Научная статья на тему 'ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ ЕПІТАКСІАЛЬНО-ПЛАНАРНОГО ВАРИКАПА'

ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ ЕПІТАКСІАЛЬНО-ПЛАНАРНОГО ВАРИКАПА Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
10
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
варикап / гетерування / дефекти упакування / поверхневі ефекти / зворотний струм / домішки / varicap / gettering / packing defects / surface effects / reverse current / impurities

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — В. М. Литвиненко

Варикап – це напівпровідниковий діод, що використовує при своїй роботі залежність бар’єрної ємності р-n переходу від зворотної напруги. Ця залежність називається вольт-фарадною характеристикою. Варикапи застосовуються в схемах електронної перебудови частоти коливального контуру, в підсилюючих параметричних схемах, в дільниках і помножувачах частоти, в керованих фазообертачах тощо. Однак незважаючи на широке застосування, вартість варикапів залишається порівняно високою із-за низького виходу придатних діодів, що пояснюється високим рівнем зворотного струму приладів. В статті розглянуті причини та механізми деградації зворотних характеристик варикапа. Показано, що причиною низького виходу варикапів являється суттєвий вплив на їх зворотні характеристики структурних дефектів і сторонніх домішок та якості поверхні варикапних структур. Встановлено, що головною причиною низького відсотка виходу придатних досліджуваних варикапів є епітаксіальні та окислювальні дефекти упакування, а також поверхневі ефекти за рахунок домішкових забруднень. Епітаксіальні дефекти упакування утворюються в кремнієвих структурах в процесі нарощування епітаксіальних шарів, окислювальні дефекти упакування – в процесах проведення високотемпературних операцій. З метою запобігання утворенню структурних дефектів необхідно було вибрати ефективний метод гетерування. Оскільки структурні дефекти утворюються починаючи з процесу епітаксії, вочевидь, що область гетера необхідно створювати в підкладках, на які будуть осаджуватись епітаксіальні шари. Проведені дослідження показали, що найбільш ефективним методом запобігання утворенню структурних дефектів в епітаксіальних шарах є створення гетеруючої області на зворотному боці підкладок за допомогою обробки її лазером. В результаті проведених досліджень встановлено, що відпал кремнієвих пластин за температури 1100оС в середовищі аргону після термічного окислення дає можливість суттєво знизити величину сумарного заряду в плівці SiO2. Детально розглянута запропонована технологія виготовлення структур варикапів з використанням гетерування за допомогою обробки зворотної сторони пластин лазером та проведення відпалу пластин в середовиці аргону. Наведено експериментальні результати дослідження впливу на зворотну характеристика варикапа процесу гетерування та відпалу структур в середовищі аргону, а також проаналізовано можливі механізми цього впливу. Показана ефективність запропонованої технології з використанням гетерування та відпалу кремнієвих пластин щодо зниження рівня зворотних струмів і підвищення виходу придатних приладів.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPTIMIZATION OF MANUFACTURING TECHNOLOGY FOR EPITAXIAL-PLANAR VARICAP

A varicap is a semiconductor diode that uses the dependence of the barrier capacitance p-n transition on the reverse voltage during its operation. This dependence is called the volt-farad characteristic. Varicaps are used in circuits for electronic adjustment of the frequency of an oscillating circuit, in amplifying parametric circuits, in frequency dividers and multipliers, in controlled phase shifters, etc. However, despite the widespread use, the cost of varicaps remains relatively high due to the low output of suitable diodes, which is explained by the high level of reverse current of the devices. The article discusses the causes and mechanisms of degradation of the reverse characteristics of the varicap. It is shown that the reason for the low yield of varicaps is the significant influence on their reverse characteristics of structural defects and foreign impurities and the quality of the surface of varicap structures. It has been established that the main reason for the low percentage yield of suitable investigated varicaps is epitaxial and oxidation defects of the packaging, as well as surface effects due to impurities. Epitaxial packaging defects are formed in silicon structures during the growth of epitaxial layers, oxidation packaging defects – in the process of high-temperature operations. In order to prevent the formation of structural defects, it was necessary to choose an effective method of gettering. Since structural defects are formed starting from the epitaxy process, it is obvious that the getter region must be created in the substrates on which the epitaxial layers will be deposited. The conducted studies showed that the most effective method of preventing the formation of structural defects in epitaxial layers is the creation of a getter region on the reverse side of the substrates by means of its laser treatment. As a result of the conducted research, it was established that annealing silicon wafers at a temperature of 1100°C in an argon environment after thermal oxidation makes it possible to significantly reduce the amount of the total charge in the SiO2 film. The proposed manufacturing technology of varicap structures using hetering with the help of processing the reverse side of the plates with a laser and annealing the plates in an argon environment is considered in detail. The experimental results of the study of the effect on the inverse characteristic of the varicap of the process of gettering and annealing of structures in an argon medium are presented, and the possible mechanisms of this effect are also analyzed. The effectiveness of the proposed technology using gettering and annealing of silicon wafers in reducing the level of reverse currents and increasing the output of suitable devices is shown.

Текст научной работы на тему «ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ ЕПІТАКСІАЛЬНО-ПЛАНАРНОГО ВАРИКАПА»

УДК 621.328(076.5)

DOI https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2023.4.10

ORCID: 0000-0002-9425-5551

ОПТИМ1ЗАЦ1Я ТЕХНОЛОГИ ВИГОТОВЛЕННЯ ЕП1ТАКС1АЛЬНО-ПЛАНАРНОГО ВАРИКАПА

Варикап - це натвпровгдниковий дюд, що використовуе при свой роботI залежтсть бар'ерног емностг р-п переходу вгд зворотно'1 напруги. Ця залежтсть називаеться вольт-фарадною характеристикою. Варикапи застосовуються в схемах електронно'1 перебудови частоти коливального контуру, в тдсилюючих параметричних схемах, в дшьниках I помножувачах частоти, в керованих фазообертачах тощо. Однак незважаючи на широке застосування, вартгсть варикатв залишаеться поргвняно високою 1з-за низького виходу придатних дюдгв, що пояснюеться високим ргвнем зворотного струму приладгв. В статтг розглянутг причини та мехатзми деградацИ зворотних характеристик варикапа. Показано, що причиною низького виходу варикатв являеться суттевий вплив на гх зворотт характеристики структурних дефектгв I сторонтх домшок та якостг поверхнг варикапних структур. Встановлено, що головною причиною низького вгдсотка виходу придатних дослгджуваних варикатв е еттакаальнг та окислювальн1 дефекти упакування, а також поверхневI ефекти за рахунок домшкових забруднень. Еп1такс1альн1 дефекти упакування утво-рюються в кремтевих структурах в процеа нарощування еттакаальних шаргв, окислювальн дефекти упакування - в процесах проведення високотемпературних операцт. З метою запобггання утворенню структурних дефектгв необхгдно було вибрати ефективний метод гетерування. Оскшьки структурн дефекти утворюються починаючи з процесу ептакси, вочевидь, що область гетера необхгдно створювати в тдкладках, на яю будуть осаджуватись еттакаальнг шари. ПроведенI дослгдження показали, що найбшьш ефективним методом запобггання утворенню структурних дефектгв в еттакаальних шарах е створення гетеруючог областг на зворотному боц1 тдкладок за допомогою обробки и лазером. В результатI проведених дослгджень встановлено, що в1дпал кремтевих пластин за температури 1100°С в середовищг аргону тсля термгчного окислення дае можливгсть суттево знизити величину суммарного заряду в плгвцг SiO2. Детально розглянута запропонована технологгя виготовлення структур варикатв з використанням гетерування за допомогою обробки зворотно '1 сторони пластин лазером та проведення в1дпалу пластин в середовицI аргону. Наведено експериментальнг результати дослгдження впливу на зворотну характеристика варикапа процесу гетерування та в1дпалу структур в середовищг аргону, а також проаналгзовано можливI мехатзми цього впливу. Показана ефективтсть запропонованог технологи з використанням гетерування та в1дпалу кремтевих пластин щодо зниження ргвня зворотних струмгв I тдвищення виходу придатних приладгв.

Ключовi слова: варикап, гетерування, дефекти упакування, поверхневI ефекти, зворотний струм, домгшки.

OPTIMIZATION OF MANUFACTURING TECHNOLOGY FOR EPITAXIAL-PLANAR VARICAP

A varicap is a semiconductor diode that uses the dependence of the barrier capacitance p-n transition on the reverse voltage during its operation. This dependence is called the volt-farad characteristic. Varicaps are used in circuits for electronic adjustment of the frequency of an oscillating circuit, in amplifying parametric circuits, in frequency dividers and multipliers, in controlled phase shifters, etc. However, despite the widespread use, the cost of varicaps remains relatively high due to the low output of suitable diodes, which is explained by the high level of reverse current of the devices. The article discusses the causes and mechanisms of degradation of the reverse characteristics of the varicap. It is shown that the reason for the low yield of varicaps is the significant influence on their reverse characteristics of structural defects and foreign impurities and the quality of the surface of varicap structures. It has been established that the main reason for the low percentage yield of suitable investigated varicaps is epitaxial and oxidation defects of the packaging, as well as surface effects due to impurities. Epitaxial packaging defects are formed in silicon structures during the growth of epitaxial layers, oxidation packaging defects - in the process of high-temperature operations. In order to prevent the formation of structural defects, it was necessary to choose an effective method of gettering. Since structural defects are formed starting from the epitaxy process, it is obvious that the getter region must be created in the substrates on which the epitaxial layers will be deposited. The conducted studies showed that the most effective method ofpreventing the formation of structural defects in epitaxial layers is the creation of a getter region on the reverse side of the substrates by means of its laser treatment. As a

V. M. LYTVYNENKO

Сandidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor at the Department of Hydraulic Construction, Water and Electrical Engineering

Kherson State Agrarian and Economic University ORCID: 0000-0002-9425-5551

result of the conducted research, it was established that annealing silicon wafers at a temperature of 1100°C in an argon environment after thermal oxidation makes it possible to significantly reduce the amount of the total charge in the SiO2 film.

The proposed manufacturing technology of varicap structures using hetering with the help of processing the reverse side of the plates with a laser and annealing the plates in an argon environment is considered in detail. The experimental results of the study of the effect on the inverse characteristic of the varicap of the process of gettering and annealing of structures in an argon medium are presented, and the possible mechanisms of this effect are also analyzed. The effectiveness of the proposed technology using gettering and annealing of silicon wafers in reducing the level of reverse currents and increasing the output of suitable devices is shown.

Key words: varicap, gettering, packing defects, surface effects, reverse current, impurities.

Постановка проблеми

Варикап - це нашвпроввдниковий дюд, що використовуеться як емшсть, керована напругою. Робочими еле-ментами для варикашв е бар'ерш емносл p-n переходiв, яш працюють у режимi зворотного змщення. Основне призначення варикашв - електронне шдстроювання резонансно! частоти коливальних контурiв [1]. Проблемою технологи виготовлення варикашв е низький вихщ придатних приладiв на операщях контролю гх зворотного струму. Причиною низького виходу варикашв являеться суттевий вплив на !х зворотш характеристики структур-них дефекпв, постороншх домшок та якосп поверхш варикапних структур [2]. Поверхневi ефекти виникають в р-n переходi при забрудненш його поверхш домшками металiв (Na, K, Cu, Au, Ni i ш.), як1 знаходяться у виглядi юшв, i утворюють поверхневий заряд. Домшки можуть потрапити на пластини нашвпровщника, наприклад, з травильних розчинiв, кварцевих труб дифузшних i окислювальни печей тощо. При наявностi структурних дефекпв в активних областях варикапних структур, домшки тяжких металiв, прискорюючись вздовж дефектiв, проникають в область просторового заряду р-n переходу, де створюють в забороненш зош кремнiю глибош рiвнi, через якi вiдбуваеться додаткова генеращя носив заряду, що призводить до збiльшення рiвня зворотних струмiв варикапа.

Генерацiйна компонента зворотного струму дюда виражается формулою [1]:

i \ П-

IG = qSd -'-— ,

\ п р У

де q - заряд електрона; Tn, Тр - час життя вiдповiно електронiв i дiрок в збiдненiй областi р-n переходу; ni -концентращя власних носив заряду в нашвпровщнику; S - площа р-n переходу; d - ширина обласп просторового заряду р-n переходу.

Особливо штенсивно проходить генера^ носив заряду в областi просторового заряду р-n переходу при наяв-носп високо! щiльностi структурних дефекпв в активних областях дiода, так як при цьому суттево зменшуються Tn, Тр [3].

Для зменшення щiльностi або повно! л^вдаци структурних дефекпв в кремни використовуються рiзнi методи гетерування [4, 5], але, як показала практика, багато з них виявляються малоефективними для зниження рiвня зворотного струму варикапiв. З метою покращання поверхневих властивостей варикапних структур разроблено багато рiзних методiв [6], однак далеко не ва вони ефективнi для покращання зворотних характеристик варикашв.

AH^i3 останшх дослщжень i публiкацiй

Невпинний розвиток мшроелектрошки, чiтка тенденцiя до мшатюризаци робочих елеменпв, створення новiтнiх перспективних, конструктивно складних приладiв продовжують залишати актуальними питання впливу структурних дефектiв матерiалу на параметри i ввдсоток виходу придатних приладiв та розробки метсдов л^ща-ци структурних дефектiв в нашвпровщникових кристалах.

В роботi [7] представлено оптичний метод дослiдження дислокацш в кристалах кремнiю за допомогою моделю-вання процесу розпiзнавання об'екпв. Запропонований метод дослiдження дозволяе: - уточнювати форми дефек-тiв; - визначати 1х розташування в кристалц - визначати просторовi характеристики дефекпв; - формувати розпо-дiл дефекпв за розмiрами. Запропонований метод дае можливють врахувати вплив процесiв дифузи та самодифузil домiшок, процесiв дефектоутворення в напiвпровiдниках на електричнi параметри нашвпроввдникових приладiв.

Досл1д^ючи утворення шверсшних шарiв на меж1 подiлу Si-SiO2 в технологil виготовлення кремнiевих фото-приймачiв, було виявлено деяку динамшу дислокацiй пiсля iзотермiчних вiдпалiв, яка була ввдсутня в зразках без шверси [8]. Пiсля селективного травлення зразк1в з iнверсiйними шарами спостерталась локалiзацiя дислокацiй по периферil фоточутлвих елементiв iз скупченням на поверхш охоронних шлець чи iнших елеменпв топологи п+-типу поза фоточутливими елементами. Це свiдчило про рух дислокацш по поверхш структур Si-SiO2 з шверс-них шарiв в напрямку периферil кристала пiд час iзотермiчного в1дпалу, що сприяло значному зниженню густини структурних дефектiв в фоточутлвому елементi. Описане явище можна використовувати для отримання високо-легованих бездефектних кремшевих структур, оск1льки наявнiсть дислокацш чи шших порушень кристалiчноl гратки негативно впливають на параметри виробiв.

В робот [9] дослвджено метод pi3aHHa кремшевих тдкладок диском i3 алмазною кромкою. Проаналiзовано вплив режимiв рiзання на темновi струми охоронних к1лець p-i-n фотодiодiв. Встановлено оптимальнi режими обробки, що мiнiмiзують деградацiю параметрiв зразшв. Погiршення параметрiв фотодiодiв пiсля операцп рiзання вiдбуваеться внаслвдок набутих мехашчних напружень та розiрваних хiмiчних зв'язшв на торцях криста-лiв. При термiчнiй обробцi пiдкладок, як1 були попередньо роздшен алмазним диском, спостертаеться утворення сiток дислокацiй вздовж лшш рiзання. Встановленi режими обробки дозволяють уникнути деградацп параметрiв фотодiодiв в процеа рiзaння.

Метод неруйнiвного контролю внутршшх напружень та дефекгiв в оптичних мaтерiaлaх (в тому чи^ i в кристалах нaпiвпровiдникiв) представлено в робот [10]. Експериментально доведена можливють викорис-тання дисплейних екрашв комп'ютера як джерела поляризованого випромiнювaння. Показано, що спецiaльний прилад ПКС-250, який мае обмеження геометричних розмiрiв деталей до 250 мм, що контролюються за нaявностi внутрiшнiх напружень, можливо зaмiнити на дисплейний екран розмiром, що вiдповiдaе завданням контролю. Для прецизшних вимiрювaнь внутрiшнiх напружень та !х розподiлу в оптичних деталях запропоновано викорис-товувати поляризацшно-модуляцшний спосiб.

Формулювання мети дослiдження Метою дано! роботи е дослвдження впливу структурних дефектiв та поверхневих ефекпв на рiвень зворотного струму варикапа i можливостi застосування гетерування для полшшення зворотних характеристик варикапа i тд-вищення виходу придатних прилащв.

Викладення основного матер1алу досл1дження Експериментальш зразки. Структури дослiджувaних вaрикaпiв виготовлялися за стандартною планарно-епiтaксiaльною технолопею [1]. Для проведення епiтaксiaльного процесу використовувались кремнiевi тд-кладки, легован стибiем, з потомим опором 0,01 Омхм, орiентовaнi за площиною (111). Нарощування ештаксь альних шaрiв на тдготовлених пiдклaдкaх проводилося хлоридним методом за температури 1150оС [1]. Отримаш епiтaксiaльнi структури мали питомий отр 2 Омхм i товщину 12 мкм. Для виготовлення варикапних структур проводилися нaступнi основнi технолопчш операцп: - термiчне окислення пластин при Т = 1050°С з наступним чергуванням циклiв: окислення в сухому кисн (15 хвилин) - окислення у вологому киснi (120 хвилин) - окислення в сухому кисш (30 хвилин); - I фотолiтогрaфiя для розкриття вшэн у шaрi дiоксиду кремнiю пвд дифузiю бору; - I загонка бору методом ввдкрито! труби з джерела домшки В2О3 при Т = 1100°С протягом 35 хвилин в сумiшi аргону (65 л/год) i сухого кисню (2 л/год); - видалення боросилiкaтного скла в розчин плавиково! кис-лоти; - розгонка бору при Т = 1150°С в середовищi сухого кисню (60 л / год) протягом 4,5год; - II фотолiтогрaфiя для розкриття вшэн у шaрi дюксиду кремнiю пiд дифузiю бору; - II загонка бору при Т = 1050°С протягом 30 хвилин у сумiшi аргону (95 л/год) i кисню (5 л/год); - видалення шару боросилтатного скла з використанням розчину плавиково! кислоти; осадження плiвки aлюмiнiю в вaкуумi на робочу сторону пластин; - III фотолiтогрaфiя по шару алюмшш; вiдпaл aлюмiнiевого контакту в шертному середовищi при Т=570оС на протязi 15 хвилин; - шлi-фування тильно! сторони пластин для зменшення l! товщини до 185-200 мкм; - формування омiчного контакту з неробочо! сторони пластини нанесенням шару шкелю методом вакуумного термiчного випаровування i золота методом гaльвaнiчного осаджения.

У результaтi виконання перерахованих операцш була отримана структура варикапа, що наведена на рис. 1.

Рис. 1. Структура варикапа, що виготовлена за базовою технолопею

Дослщження структурних дефект1в. Для з'ясування причин деградацп зворотних характеристик вaрикaпiв були проведет метaлогрaфiчнi дослiдження варикапних структур, вщбракованих на контролi !х рiвня зворотних струмiв.

а) б)

Рис. 2. Поверхня кремшевоТ ештакмальноТ структури з виявленими ештакаальними дефектами упакування (а) та окислювальними дефектами упакування пiсля термiчного окислення (б).

Збшьшення 507х

На вих1дних пластинах ще до проведения першо! високотемпературно! операцп - терм1чного окислення, були виявлеш ештакаальш дефекти упакування, щ1льшсть яких склала 102 -103 см-2 (рис. 2, а). Шсля терм1чного окислення 1 видалення шару SiO2 в ештакаальних структурах були виявлеш окислювальш дефекти упакування щшь-шстю до 105 см-2 (рис. 2, б).

Виб1р технологи гетерування. З метою запобiгания утворенню структурних дефекпв необхвдно було вибрати ефективний метод гетерування. Оск1льки структурш дефекти утворюються починаючи з процесу еш-таксп, вочевидь, що область гетера необхвдно створювати в подкладках, на як будуть осаджуватись ештакаальш шари. Проведеш дослщження показали, що найбшьш ефективним методом запобiгания утворенню структурних дефекпв в ештакаальних шарах е створення гетеруючо! обласп на зворотному бош шдкладок за допомогою Н обробки лазером при щшьносп випром1нювання 14 Дж/см2 з послщуючим вщпалом пластин при температур1 1050оС в середовищ1 аргону (130 л/год) 1 кисню (8 л/ч) на протяз1 50 хв.

З метою покращання властивостей поверхш структур варикашв 1 зменшення р1вня !х зворотних струм1в був опробований також метод гетерування шляхом проведення додаткового вщпалу кремшевих пластин шсля техно-лопчно! операцп терм1чного окислення при температур1 Т=1100оС в середовищ1 аргону на протяз1 40 хв. Вплив ввдпалу в середовищ1 аргону на як1сть поверхш диодних структур ошнювали за методикою, приведеною в робот [6]. На вихщних пластинах нарощувалась пл1вка SiO2 в умовах, аналогичних умовам процесу терм1чного окислення кремшевих пластин, шсля чого !х розд1ляли на дв1 частини. Одну з них залишали в якосп контрольно!, а шшу помщали в дифузшну шч 1 проводили в1дпал у вщповвдносп з наведеним вище режимом. Шсля цього на ва пластини осаждали А1 1 за допомогою фотолитографи виготовляли МОН-структури (А1 - SiO2 _ Si). Дал з вико-ристанням С-У-методу розраховували значення сумарного заряду на структур^ виготовленш з використанням ввдалу (QsSl), I на контрольнш МОН-структур1 (Qss2). Вольт-фарадш характеристики вим1рювали за дапомогою приладу RLC Е7-12. В результат! було отримано Qss1 = 2,910_9 Кл; Qss2 = 4,210_9 Кл, ввдношення заряд1в склало

/ Qss1 ~ 1,4. Таким чином, використання додаткового ввдпалу дало можлив1сть зменшити в 1,4 рази величину сумарного заряду в SiO2, що адекватно зменшеню щшьносп поверхневих сташв на меж1 раздлу Si _ SiО2. А це, очевидно, зменшуе в1ропдшсть тунелювання носив струму кр1зь потенцшний бар'ер р-п переходу 1, таким чином, забезпечуе зниження р1вня зворотних струм1в варикапа.

Досл1дження ефективностi розробленоТ технологи. Для випробування запропонованого способу виготов-лення структур варикапа були сформоваш дв1 експериментальш партп варикапних структур, яш були подшеш на дв1 р1вш частини. Одна частина структур у кожнш партп була виготовлена за базовою технолопею, шша _ з використанням гетерування. Ефектившсть технологи оцшювалася за виходом придатних варикапних структур за результатами металограф1чних дослщжень 1 за р1внем зворотного струму. Критерш придатносп: 1зв < 0,2 мкА при зворотнш напруз1 35 В.

У таблиц 1 наведеш пор1вняльш результати розбраковки за зворотним струмом варикапних структур, що виготовлеш за базовою (партп № 1-3) 1 розробленою (партп № 4-6) технолопями.

З таблиц 1 видно, що використання гетерування дае можлив1сть пвдвищити вих1д придатних варикапних структур у середньому на 8,6%. При цьому варикапш структури, як1 виготовлеш за розробленою технолопею, мали р1вень зворотних струм1в у 3 ... 9 раз1в нижчий в пор1внянш з варикапними структурами, яш виготовлеш за базовою технолопею.

Проведеш шсля розгонки бору металограф1чш дослвдження морфологи поверхш варикапних структур, яш були виготовлеш 1з застосуванням гетерування, показали вщсутшсть структурних дефекпв.

Таблиця 1

Порiвняльнi характеристики базовоТ i розробленоТ технологiй

Технолог1я виготовлення варикапних структур Номер парти пластин Вихвд придатних варикапних структур за значенням зворотного струму, %

Без використання гетерування 1 85,3

2 83,9

3 82,8

З використанням гетерування 4 92,1

5 93,2

6 92,4

1зв. мкА 1 А -

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60иЗЕ, В

Рис. 3. Типовi зворотнi ВАХ структур варикатв, виготовлених за базовою технолопею (1)

та за запропонованою технолопею (2)

На рис. 3 приведет зворотш ВАХ варикапних структур, виготовлених за базовою технолопею (крива 1) та за технолопею з використанням гетерування (крива 2). Видно, що варикапна структура, виготовлена з використан-ням гетерування, мае ВАХ, що е типовою для кремшевого дюда при вiдсутностi в його активних областях струк-турних дефектiв та небажаних домiшок. I навпаки, варикапна структура, виготовлена за базовою технолопею, мае так звану «м'яку» ВАХ, вигляд яко! вказуе на наявнють в активних областях варикапа структурних дефектiв та домiшок металiв. З порiвняння кривих 1 i 2 видно, що застосування гетерування забезпечуе належний низький рiвень зворотних струмiв варикапа.

Висновки

Спираючись на проведенi експериментальш дослвдження, можна зробити висновок, що причиною низького ввдсотка виходу придатних структур варикапа при контролюваннi рiвня його зворотного струму е дефекти упаку-вання, як1 утворюються в активних областях дiодiв пiд час ештаксп та в процесах проведення високотемператур-них технологiчних операцiй, а також неконтрольоваш домiшки металiв, яш попадають на пластини нашвпровщ-ника в технологiчному процесi виготовлення варикапа.

Розроблена технолопя виготовлення структур варикапа з використанням гетерування областю гетера, що створена на зворотнш сторош кремшево! пвдкладки за допомогою обробки и лазером перед осадженням ештаксь ального шару, дозволяе запобiгти утворенню структурних дефектiв в активних областях структур, що забезпечуе зниження рiвня зворотних струмiв варикапа i пвдвищення виходу придатних приладiв.

Високотемпературний гетеруючий ввдпал пластин пiсля !х термiчного окислення в середовищi аргону, дае можливють суттево зменшити поверхневий заряд, що запобтае небажаним поверхневим ефектам, таким як туне-лювання носив струму ^зь потенцiйний бар'ер р-п переходу, мiграцiя iонiв по поверхш р-п переходу та поверхневий пробш дiодiв i, таким чином, виключити струми поверхневого витоку.

Таким чином, розраблена технолопя виготовлення структур варикапа дае можливють запобити утворенню ештакаальних та окислювальних дефектiв упакування в активних областях варикапiв i покращати стан поверхнi варикапних структур, що забезпечуе зниження рiвня зворотних струмiв варикапiв i, як наслвдок, пiдвищення вiд-сотка виходу придатних приладiв.

Список використаноТ лггератури

1. Литвиненко В.М. Фiзика та технология нашвпроввдникових AiOAiB: монографiя. Херсон : ФОП Вишемир-ський В.С, 2018. 184 с.

2. Ravi K.V. Imperfections and Impurities in Semiconductor Silicon. John Wiley & Sons, New York, 1981. 379 p.

3. Milnes A. G. Deep Impurities In Semiconductors. John Wiley & Sons, New York, 1973. 526 p.

4. Литвиненко В.М., Богач М.В. Моделювання процеав гетерування швидкодифундуючих домшок в технологи дюдш Шоттш. Вюник ХНТУ, 2019. Т.68. № 1. С. 25-33.

5. Renschi S. Durability of mechanical damage gettering effect in Si wafers // Japanese Journal of Applied Physies, 1984. Vol. 23, № 8. Pt.1. P. 959-964.

6. Литвиненко В.М., Вiкулiн 1.М. Вплив властивостей поверхш на зворотш характеристики нашвпроввднико-вих приладiв. Вiсник ХНТУ, 2018. Т. 64. № 1. С. 46-56.

7. Пятайкша М. I., Стршкова Т. О. Дослвдження дефеклв дислокацii в напiвпровiдникових матерiалах оптич-ними методами. Приладобудування: стан i перспективи: матерiали XXII Мiжнар. наук.-техн. конф., м. Киiв, 16-17 травня 2023 року. Киiв, 2023. С. 45-47.

8. Кукурудзяк М.С. Метод «очищения» поверхш фоточутливих елементiв кремшевих p-i-n фотодiодiв ввд дис-локацш // Xiмiя, фiзика та технолопя поверхиi, 2023. Т. 14. № 2. С. 182-190. https://doi: 10.15407/hftp14.02.182.

9. Кукурудзяк М. С. Рiзання пiдкладок алмазним диском у технологи кремшевих p-i-n фотодiодiв // Наукоемш технологii, 2022. № 2(54). С. 127-137. https://doi.orcid.org/0000-0002-0059-1387.

10. Маслов В.П., Н.В. Качур Н.В. Стан та перспективи розвитку оптичних методiв неруйшвного контролю внутрiшнiх напружень та дефекпв в оптичних матерiалах // Вюник ЖДТУ, 2014. № 1 (68). С. 66-74. http://nbuv. gov.ua/UJRN/Vzhdtu_2014_1_12

References

1. Litvinenko VM. (2018) Fizyka ta tekhnolohiya napivprovidnykovykh diodiv: monograph [Physics and Technology of Semiconductor Diodes]. Kherson. Vyshemirsky V.S., 184 p [in Ukrainian].

2. Ravi K.V. (1981) Imperfections and Impurities in Semiconductor Silicon. John Wiley & Sons, New York, 379 p.

3. Milnes A. G. (1973) Deep Impurities In Semiconductors. John Wiley & Sons, New York, 526 p.

4. Litvinenko V. М., Bohach N. V. (2019) Modeling of heterization processes of fast-diffusing impurities in Schottky diode technology. Visnyk of KhNTU, vol. 68, iss. 1, рр. 25-33 [in Ukrainian].

5. Renschi S. (1984) Durability of mechanical damage gettering effect in Si wafers // Japanese Journal of Applied Physies, vol. 23, no. 8, pt.1, рр. 959-964.

6. Lytvynenko V.M., Vikulin I.M. (2018) Influence of surface properties on reverse characteristics of semiconductor devices. Visnyk of KhNTU, vol. 64, iss.1, рр. 46-56 [in Ukrainian].

7. Pyataikina M. I., Strilkova T. O. (2023) Study of dislocation defects in semiconductor materials by optical methods. Instrument building: state and prospects: materials of the XXII International. science and technology conference, Kyiv, May 16-17, 2023, Kyiv, рр. 45-47 [in Ukrainian].

8. Kuzurziak M.S. (2023) The method of «cleaning» the surface of photosensitive elements of silicon p-i-n photodiodes from dislocations // Chemistry, physics and surface technology, vol. 14, no. 2, рр. 182-190. https://doi: 0.15407/hftp14.02.182 [in Ukrainian].

9. Kuzurzyak M. S. (2022) Cutting of substrates with a diamond disc in the technology of silicon p-i-n photodiodes // Scientific technologies, no. 2, iss. 54, рр. 127-137. https://doi.orcid.org/0000-0002-0059-1387 [in Ukrainian].

10. Maslov V.P., N.V. Kachur N.V. (2014) Status and prospects of the development of optical methods of nondestructive control of internal stresses and defects in optical materials // Bulletin of ZHTU, no. 1, iss. 68, рр. 66-74. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Vzhdtu_2014_1_12 [in Ukrainian].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.