RU2392688C1 - Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных полупроводниках - Google Patents
Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных полупроводниках Download PDFInfo
- Publication number
- RU2392688C1 RU2392688C1 RU2009118861/28A RU2009118861A RU2392688C1 RU 2392688 C1 RU2392688 C1 RU 2392688C1 RU 2009118861/28 A RU2009118861/28 A RU 2009118861/28A RU 2009118861 A RU2009118861 A RU 2009118861A RU 2392688 C1 RU2392688 C1 RU 2392688C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- semiconductors
- amorphous
- ohmic contacts
- thin
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для формирования омических контактов в тонкопленочных полевых транзисторах, элементах памяти, солнечных элементах, на основе нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния или других неупорядоченных полупроводников. Сущность изобретения: в способе создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных полупроводниках, заключающемся в осаждении пленки полупроводника на подложку, формировании маскирующего диэлектрического слоя, фотолитографии для вскрытия окон в диэлектрическом слое и напылении металлических электродов с последующей фотолитографией по металлу, непосредственно перед напылением металлических электродов производят операцию ионной бомбардировки пленки полупроводника ионами инертного газа, например аргона, через вскрытые в диэлектрике окна. Способ обеспечивает исключение термического отжига при температуре эффузии водорода, который может оказывать влияние на электрофизические параметры пленки аморфного полупроводника, и использовании создания «нарушенного» слоя на контакте металл-полупроводник, для создания поверхностных омических контактов к пленочным нелегированным аморфным полупроводникам. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области электронной техники, микро- и наноэлектроники, и может быть использовано для формирования омических контактов в тонкопленочных полевых транзисторах, элементах памяти, солнечных элементах, использующих барьер типа Шоттки, и других на основе нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния (далее a-Si:H) или других неупорядоченных полупроводников.
Известен способ создания омического контакта к слоям a-Si:H путем дополнительного легирования из газовой фазы, содержащий газ фосфин (РН3) для создания n+-подслоя или диборан (В2Н6) - для p+-подслоя. При легировании происходит в первом случае смещение уровня Ферми к дну зоны проводимости, во втором случае - к потолку валентной зоны, что снижает высоту потенциального барьера металл - a-Si:H [1, стр.120-125]. Этот способ широко используется в случае кристаллических полупроводников. Однако в отличие от кристаллических полупроводников в аморфных полупроводниках изменить положение уровня Ферми, меняя концентрацию легирующей примеси, в широких пределах не удается, так как введение примесей вносит дополнительно некоторое увеличение высокоэнергетических дефектов, создающих локализованные состояния вблизи уровня Ферми и стремящихся "закрепить" его вблизи середины запрещенной зоны (далее щели подвижности). В a-Si:H при содержании водорода в сплаве ~10% удается изменять положение уровня ЕF в пределах ±0,4 эВ. В халькогенидных стеклообразных полупроводниках и "чистом", непассивированном водородом или другими элементами аморфном кремнии изменять положение ЕF, внося легирующие добавки, практически не удается [1]. Поэтому хорошего омического контакта к аморфным полупроводникам традиционным способом - введением легирующей примеси - получить сложно. Кроме того, в процессе легирования используются токсичные и взрывоопасные газы фосфин и диборан. Фосфин - бесцветный газ с неприятным запахом, сильный восстановитель. Самопроизвольно воспламеняется на воздухе, ядовит. Диборан - неприятно пахнущий газ, высокая теплота сгорания, ядовит [2].
Существует также способ формирования контакта к переходу "металл-полупроводник", заключающийся в том, что предлагается проводить отжиг пленки аморфного гидрогенизированного кремния, напыленного на слой металла палладия, который является металлическим контактом. В этом случае при отжиге, наряду с эффузией водорода, происходит образование слоя силицида палладия [3].
Наиболее близким по технической сущности и реализации к заявляемому способу является способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных гидрогенизированных полупроводниках, заключающийся в осаждении пленки полупроводника на подложку, в формировании маскирующего диэлектрического слоя, фотолитографии для вскрытия окон в диэлектрическом слое и напылении металлических электродов с последующей фотолитографией по металлу, причем непосредственно перед формированием маскирующего диэлектрического слоя производят операцию отжига пленки полупроводника при температуре эффузии водорода с поверхности пленки в пределах от 20 до 30 минут [4].
Задача предлагаемого изобретения состоит в исключении термического отжига при температуре эффузии водорода, который может оказывать влияние на электрофизические параметры пленки аморфного полупроводника, и использовании идеи создания "нарушенного" слоя на контакте металл - полупроводник для создания поверхностных омических контактов к пленочным нелегированным аморфным полупроводникам, причем не только гидрированным.
Указанная задача решается вводом в технологический процесс создания тонкопленочных устройств на a-Si:H (и других аморфных полупроводниках) после осаждения пленки полупроводника на подложку вместо операции отжига пленки полупроводника при температуре эффузии водорода с поверхности пленки или дополнительного легирования пленки под омический контакт с использованием токсичных и взрывоопасных газов фосфин или диборан дополнительной технологической операции ионной имплантации (бомбардировки) пленки аморфного полупроводника ионами инертного газа (например, аргона).
Операция ионной имплантации заключается в бомбардировке твердых тел пучками ускоренных ионов с энергиями от 10 кэВ до 1 МэВ. В процессе ионной имплантации изменяется структура и свойства поверхности твердого тела. В частности, ионная имплантация приводит к возникновению дополнительных дефектов (нарушенный слой) в структуре материала, т.е. вызывает увеличение плотности состояний [5, стр.539-557]. В кристаллических полупроводниках для обеспечения надежного контакта (выпрямляющего или омического) этот слой затем стравливают. В случае аморфных полупроводников образование поверхностного дефектного слоя приводит к увеличению плотности состояний, локализованных в щели подвижности (запрещенной зоне) аморфного полупроводника вблизи уровня Ферми [6] в приповерхностной области. Увеличение плотности состояний в неупорядоченных полупроводниках обусловливает перераспределение напряженности электрического поля на контакте металл -полупроводник. Плотность объемного заряда достигает максимальных значений вблизи границы раздела металл - полупроводник, что приводит к утончению профиля электростатического потенциала в ОПЗ и понижению эффективной высоты барьера за счет туннелирования носителей заряда сквозь тонкий барьерный слой [7].
Глубина проникновения ионов возрастает с увеличением их энергии. Если энергия, переданная атому решетки, превышает энергию связи атомов в твердом теле, то атом покидает узел и образуется дефект. Атомы, находящиеся на поверхности, получив энергию от иона, могут отрываться от твердого тела - происходит процесс распыления.
Энергия первично смещенного атома, называемого атомом отдачи, сравнительно велика, поэтому на пути своего движения атом отдачи образует целый каскад смещений, вследствие чего в твердом теле возникают дополнительные разупорядоченные области размером 3-10 нм. По мере имплантации ионов идет накопление радиационных дефектов. Когда плотность ионов, внедренных на единице поверхности, превосходит критическую, называемую дозой аморфизации, образуется сплошной аморфный слой. Большинство внедренных ионов находится в междоузлиях, где они не являются электрически активными.
Расчет среднего полного пробега R и среднеквадратичного отклонения пробега ΔR для ионов Ar (атомный номер - 18, относительная атомная масса - 39.95) в Si (атомный номер - 14, относительная атомная масса - 28.09).
Для расчетов используются формулы, где энергия и пробег выражены в безразмерных единицах ε и ρ соответственно:
где L - нормирующий множитель пробега, см-1;
F - нормирующий множитель энергии, эВ-1.
Радиус экранирования заряда ядра атомными электронами (см):
Коэффициент передачи ионом с массой M1 атому с массой М2 максимально возможной энергии при лобовом столкновении
Коэффициенты, учитывающие торможение, обусловленное электронным взаимодействием:
Параметры, учитывающие торможение, обусловленное ядерным взаимодействием, с=0.45, d=0.3. Собственная концентрация атомов мишени N2 (для кремния N2=4.98·1022 см-2). Z1 - заряд ядер иона, Z2 - заряд ядер атома мишени.
Рассчитаем средний пробег ионов аргона в кремнии с Е=10 кэВ. Радиус экранирования:
Коэффициент передачи максимальной энергии:
Коэффициент электронного торможения
Нормирующие множители для энергии и пробега:
Безразмерные энергии
Полный пробег в безразмерных единицах:
Выразим пробег в размерных единицах:
Средний нормальный пробег связан со средним полным пробегом:
Корректирующая поправка, обусловленная упругим рассеянием иона
где полная энергия, затраченная на упругое рассеяние иона,
(εn=0,135, f=0,818, Rp=0.0169 мкм)
Стандартное среднеквадратичное отклонение нормального пробега
ядерная тормозная способность Sn(ε):
Rp=0.008672 мкм
Профиль распределения аргона в пленке кремния представлен на Фиг.1.
Расчет распределения напряженности электрического поля в области пространственного заряда (ОПЗ) по координате в этом случае проводится согласно уравнению:
где:
- длина экранирования внешнего электрического поля зарядом ионизированных глубоких состояний, м;
Уравнение (28) является трансцендентным, поэтому решения в аналитическом виде не имеет. На Фиг.2 представлена зависимость F(φ), заданная уравнением (28), при следующих значениях величин для εs=11.8, gfo=1016 эВ-1·см-3, α=4.47 эВ-1, n0=1010 см-3.
Значение напряженности поля при положительном потенциале отрицательно, в связи с этим для лучшей наглядности на графике отображен модуль величины F(φ).
Расчет распределения потенциала в области пространственного заряда (ОПЗ) φ(х) по координате вблизи поверхности в этом случае проводится согласно уравнению:
где φ0 - потенциала на поверхности пленки, В.
Распределение потенциала в ОПЗ по координате φ(х) вблизи поверхности представлено на Фиг.3.
С увеличением плотности состояний вблизи уровня Ферми (gf0) или с уменьшением характеристической длины Ln потенциал, определяемый из формулы (29), в зависимости от координаты меняет характер своего изменения: вблизи границы раздела металл - аморфный полупроводник (при х=0) φ(х) резко спадает и далее наблюдается протяженный пологий участок до х=L. При этом толщина барьера вблизи контакта становится достаточно малой (при плотности состояний g(E)~1018 см-3 эВ-1 ширина ОПЗ L~10-7 см) и возникает вероятность туннельного прохождения тока. На вольтамперной характеристике перехода металл - a-Si:H это будет отмечено большими значениями тока при фиксированном напряжении, что может быть расценено как эффективное снижение потенциального барьера (Фиг.4).
Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ позволяет исключить вероятность изменения электрофизических характеристик при отжиге, что отличает его от прототипа. Кроме того, заявляемый способ позволяет совместить операции ионно-плазменной очистки и ионной имплантации атомов аргона, которая и дает положительный эффект.
Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна", так как в известных источниках не обнаружена предложенная технология создания омического контакта к аморфным полупроводникам.
Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, а последовательность операций при создании омического контакта отличается от существующих.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен профиль распределения аргона в пленке кремния при заданных технологических режимах ионной имплантации.
На фиг.2 представлена зависимость напряженности электрического поля от потенциала в ОПЗ неупорядоченного полупроводника, рассчитанная по формуле (28).
На фиг.3 представлено распределение потенциала в пленке неупорядоченного полупроводника, рассчитанное по формуле (29).
На фиг.4 представлена энергетическая диаграмма контакта металл - аморфный полупроводник для различной плотности локализованных состояний вблизи уровня Ферми, связанной с различной концентрацией электрически активных дефектных состояний типа «оборванных связей» у поверхности пленки a-Si:H.
Очевидно, что с ростом g(EF) происходит уменьшение ширины ОПЗ L>L1>L2 и изменение хода зависимости φ(х), в результате чего эффективная высота барьера φВ уменьшается φВ>φB1>φВ2 из-за увеличения вероятности туннельного протекания тока сквозь тонкий приконтактный барьер. На ВАХ этот эффект идентифицируется как надбарьерная эмиссия при уменьшении эффективной высоты потенциального барьера φВ между металлом и полупроводником.
При создании поверхностного омического контакта применительно к пленке a-Si:H заявляемое техническое решение сводится к исключению из техпроцесса изготовления тонкопленочного устройства на a-Si:H и других аморфных полупроводниках (не только гидрированных) операций отжига при температуре эффузии водорода с поверхности пленки или легирования пленки под контакт с применением токсичных и взрывоопасных газов фосфин и диборан, и замене их операцией ионной имплантации (бомбардировки) ионами инертного газа, например аргона, через вскрытые в диэлектрике окна, проводимой непосредственно перед напылением металлических электродов.
Таким образом, заявляемое техническое решение имеет теоретическое и экспериментальное обоснование и позволит исключить вероятность изменения электрофизических характеристик пленок неупорядоченных полупроводников при отжиге. Кроме того, заявляемый способ пригоден не только для гидрированных аморфных полупроводников типа a-Si:H, но и для других аморфных полупроводниковых соединений.
Данный способ предлагается для реализации предприятиям и организациям, занимающимся разработкой и выпуском приборов на некристаллических (аморфных) полупроводниках.
Источники информации
1. У.Спир, П.Ле-Комбер. Фундаментальные и прикладные исследования материала, приготавливаемого в тлеющем разряде. /в кн. Физика гидрогенизированного аморфного кремния./ Под ред. Дж.Джоунопулоса, Дж.Люковски. Вып.1. М.: Мир. 1987, 368 с.
2. Советский энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1985, с.160, 1420.
3. Ohmic contacts for hydrogenated amorphous silicon. / Nemanich R.J., Thompson М.J. // United States Patent №4, 529, 619 (1984).
4. Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных гидрогенизированных полупроводниках. / Вихров С.П. и др. // Патент РФ №2229755, 2004.
5. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции. / Под ред. Дж.Поутта, К.Ту, Дж.Мейера. Пер. с англ. Под ред. В.Ф.Киселева, В.В.Поспелова. М.: Мир, 1982, 576 с.
6. Меден А., Шо М. Физика и применение аморфных полупроводников: Пер. с англ. М.: Мир, 1991, 670 с.
7. Вишняков Н.В., Вихров С.П., Мишустин В.Г., Авачев А.П., Уточкин И.Г., Попов А.А. Формирование потенциальных барьеров в нелегированных неупорядоченных полупроводниках. // ФТП. 2005. Том 39. Вып.10. Стр 1189-1194.
Claims (1)
- Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных полупроводниках, заключающийся в осаждении пленки полупроводника на подложку, в формировании маскирующего диэлектрического слоя, фотолитографии для вскрытия окон в диэлектрическом слое и напылении металлических электродов с последующей фотолитографией по металлу, отличающийся тем, что непосредственно перед напылением металлических электродов производят операцию ионной бомбардировки пленки полупроводника ионами инертного газа, например аргона, через вскрытые в диэлектрике окна.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118861/28A RU2392688C1 (ru) | 2009-05-20 | 2009-05-20 | Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных полупроводниках |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009118861/28A RU2392688C1 (ru) | 2009-05-20 | 2009-05-20 | Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных полупроводниках |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2392688C1 true RU2392688C1 (ru) | 2010-06-20 |
Family
ID=42682917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009118861/28A RU2392688C1 (ru) | 2009-05-20 | 2009-05-20 | Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных полупроводниках |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2392688C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598698C1 (ru) * | 2015-06-26 | 2016-09-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТОНКИХ СЛОЕВ ОКСИДОВ Ni И Nb С ДЫРОЧНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СВЕРХБОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ |
| RU2631071C2 (ru) * | 2016-03-02 | 2017-09-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Способ получения аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом фазовой памяти |
| RU2688861C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ изготовления полупроводникового прибора |
-
2009
- 2009-05-20 RU RU2009118861/28A patent/RU2392688C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598698C1 (ru) * | 2015-06-26 | 2016-09-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТОНКИХ СЛОЕВ ОКСИДОВ Ni И Nb С ДЫРОЧНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СВЕРХБОЛЬШИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ |
| RU2631071C2 (ru) * | 2016-03-02 | 2017-09-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Способ получения аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом фазовой памяти |
| RU2688861C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ изготовления полупроводникового прибора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5254862A (en) | Diamond field-effect transistor with a particular boron distribution profile | |
| Rau et al. | Impact of Na and S incorporation on the electronic transport mechanisms of Cu (In, Ga) Se2 solar cells | |
| US20070176227A1 (en) | MOS device with nano-crystal gate structure | |
| US7629243B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2001189448A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| Remashan et al. | Effect of N2O plasma treatment on the performance of ZnO TFTs | |
| TW201208079A (en) | Semiconductor device, measurement apparatus, and measurement method of relative permittivity | |
| WO2017100393A2 (en) | Photovoltaic devices and method of manufacturing | |
| RU2392688C1 (ru) | Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных полупроводниках | |
| Kim et al. | Stability behavior of self-aligned coplanar a-IGZO thin film transistors fabricated by deep ultraviolet irradiation | |
| Guo et al. | Silicon surface passivation technology for germanium-tin p-channel MOSFETs: suppression of germanium and tin segregation for mobility enhancement | |
| Yang et al. | Significant improvement of SiO2/4H-SiC interface properties by electron cyclotron resonance Nitrogen plasma irradiation | |
| KR101488623B1 (ko) | 산화물 박막 트랜지스터 제조방법 | |
| TW514995B (en) | Semiconductor device and method for fabricating a semiconductor device | |
| Chin et al. | Fluorine incorporation in HfAlO gate dielectric for defect passivation and effect on electrical characteristics of In0. 53Ga0. 47As n-MOSFETs | |
| Chatterjee et al. | Influence of Thermal Postdeposition on Trap States in Sol–Gel Indium–Zinc Oxide TFTs | |
| RU2229755C2 (ru) | Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных гидрогенизированных полупроводниках | |
| Virdi et al. | Swift heavy ion-induced recrysallization of silicon-on-insulator (SOI) structures | |
| Fehlner | Low-temperature oxidation | |
| Yamazaki et al. | Effect of Fluorine in a Gate Insulator on the Reliability of Indium-Gallium-Zinc Oxide Thin-Film Transistors | |
| Kilchytska et al. | Total-dose effects caused by high-energy neutrons and γ-rays in multiple-gate FETs | |
| Houssa et al. | Defect generation in ultrathin SiON/ZrO2 gate dielectric stacks | |
| TW200428499A (en) | Improved gate electrode for semiconductor devices | |
| Park et al. | Comparison of Electrical Properties Between HfO2 Films on Strained and Relaxed Si1− x Ge x Substrates | |
| RU2650350C1 (ru) | Способ изготовления полупроводникового прибора |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120521 |