bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2019-126-8-157-164bsuir-2501Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ БЫСТРОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК ХРОМА НА КРЕМНИИEFFECT OF RAPID THERMAL TREATMENT CONDITIONS ON ELECTROPHYSICAL PROPERTIES OF CROMIUM THIN FILMS ON SILICONСоловьевЯ. А.SolovjovJ. A.

Соловьёв Ярослав Александрович, к.т.н., доцент, заместитель директора филиала «Транзистор» 

220108, г. Минск, ул. Корженевского, д. 16

Solovjov Jaroslav Aleksandrovich, PhD, as. prof., deputy director of “Transistor”

220108, Minsk, Korzhenevskogo st., 16

jsolovjov@integral.byПилипенкоВ. А.PilipenkoV. A.

д.т.н., профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, заместитель директора по научному развитию ГЦ «Белмикроанализ»

г. Минск

D.Sci, professor, corresponding member of the National Academy of Sciences of Belarus., deputy director of Science Development of State Center “Belmicroanalysis”

Minsk

«ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»JSC “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company20192912201907-8157164Copyright © Соловьев Я.А., Пилипенко В.А., 20192019Соловьев Я.А., Пилипенко В.А.Solovjov J.A., Pilipenko V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/2501

Данная работа посвящена установлению влияния температуры процесса быстрой термообработки пленок хрома на кремнии n-типа проводимости на их удельное сопротивление и контактные свойства границы раздела. Пленки хрома толщиной порядка 30 нм наносили магнетронным распылением на поверхность кремниевых подложек с удельным сопротивлением 0,58–0,53 Ом×см. Быструю термообработку проводили в режиме теплового баланса путем облучения обратной стороны подложек некогерентным световым потоком в среде азота в течение 7 с. В качестве источника нагрева использовали кварцевые галогенные лампы накаливания. Температуру процесса быстрой термообработки варьировали в интервале от 200 до 550 °С. Толщину пленок хрома определяли растровой электронной микроскопией. Поверхностное сопротивление образцов измеряли четырехзондовым методом. Высоту барьера Шоттки и коэффициент неидеальности определяли методом вольтамперных характеристик. Показано, что при температуре процесса быстрой термообработки 400 °С формируется слой дисилицида хрома, вызывающий резкое увеличение удельного сопротивления пленок хрома до 1,2 мОм×см и высоты барьера Шоттки до 0,6 В. При дальнейшем увеличении температуры процесса быстрой термообработки до 550 °С удельное сопротивление монотонно возрастает до 4,0 мОм×см за счет роста ширины межзеренных границ, увеличивающих рассеяние носителей заряда в CrSi2. Также показано, что быстрая термообработка структуры Cr/Si при температуре 450–500 °С позволяет получать выпрямляющие контакты с высотой барьера 0,615 В и коэффициентом неидеальности 1,1. Полученные результаты могут быть использованы в технологии создания изделий интегральной электроники, содержащих контакты Шоттки, а также тонкопленочные резисторы.

Present paper is devoted the determination of the effect of the temperature of the process of rapid thermal treatment of chromium films on n-type conductivity silicon on their resistivity and contact properties of the interface. Chromium films of about 30 nm thickness were deposited by magnetron sputtering onto the surface of silicon substrates having a resistivity of 0.58 to 0.53 ohms×cm. The rapid thermal treatment was carried out in a heat balance mode by irradiating the back side of the substrates with non-coherent light flux in nitrogen ambient for 7 seconds. Quartz halogen incandescent lamps were used as the heating source. The temperature of the rapid thermal process ranged from 200 to 550 °C. The thickness of the chromium films was determined by raster electron microscopy. The surface resistance of the samples was measured by a four- probe method. The Schottky barrier height and the ideality factor were determined from I-V plots. It is shown that at the temperature of the rapid thermal process 400 °C a layer of chromium disilicide is formed, causing a sharp increase in the resistivity of chromium films to 1.2 mOhm×cm and the height of the Schottky barrier to 0.6 V. When the temperature of the rapid thermal process is further increased to 550 °C, the resistivity increases monotonically to 4.0 mOhm×cm due to the increase in the width of the interstitial boundaries increasing the scattering of charge carriers in the CrSi2 layers. It has also been shown that rapid thermal treatment of the Cr/Si structure at a temperature of 450–500 °C enables to obtain rectifying contacts with a barrier height of 0.615 V and an ideality factor of 1.1. The results obtained can be used in the technology of integrated electronics products containing Schottky contacts as well as thin film resistors.

дисилицид хромадиффузионный синтезудельное сопротивлениедиод Шотткивысота барьераchromium disilicidediffusion synthesisspecific resistanceSchottky diodebarrier heightReferencesМьюрарка Ш.П. Силициды для СБИС. Mосква: Мир; 1986.M’jurarka Sh.P. [Silitsidy dlja SBIS]. Moskva: Mir; 1986. (In Russ.)Doering R., Nishi Y. Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology. 2 nd edition. New York: CRC Press; 2008.Doering R., Nishi Y. Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology. 2 nd edition. New York: CRC Press; 2008.Баранов В.В. Материалы и процессы формирования самосовмещенных пленочных структур изделий твердотельной электроники и микроэлектроники. Доклады БГУИР, 2004;3:103-117.Baranov V.V. [Materials and technologies of self-aligned thin film structures formation for solid-state devices and VLSI applications]. Doklady BGUIR=Doklady BGUIR. 2004;3:103-117. (In Russ.)Пилипенко В. Быстрые термообработки в технологии СБИС. Минск: Издательский Центр БГУ; 2004.Pilipenko V.A. [Bystrye termoobrabotki v tehnologii SBIS]. Minsk: Izdatelskij centr BGU; 2004. (In Russ.)Филонов А.Б., Иваненко Л.И., Мигас Д.Б., Шапошников В.Л., Кривошеева А.В., Кривошеев А.Е., Борисенко В.Е. Полупроводниковые силициды, свойства и перспективы применения. Доклады БГУИР. 2004;3:168-179.Filinov A.B., Ivanenko L.I., Migas D.B., Shaposhnikov V.L., Krivosheeva A.V., Krivosheev A.E. Borisenko V.E. Semiconducting silicides: properties and aspects of application. Doklady BGUIR=Doklady BGUIR. 2004;3:168-179. (In Russ.)Borisenko V.E. Semiconducting Silicides. Berlin: Springer; 2000.Borisenko V.E. Semiconducting Silicides. Berlin: Springer; 2000.Lange H., Giehler M., Henrion W., Fenske F., Sieber I., Oertel G. Growth and Optical Characterization of CrSi 2 Thin Films. Physica. Status. Solidi. B. 1992;171:63-76. https://doi.org/10.1002/pssb.2221710108.Lange H., Giehler M., Henrion W., Fenske F., Sieber I., Oertel G. Growth and Optical Characterization of CrSi 2 Thin Films. Physica. Status. Solidi. B. 1992;171:63-76. https://doi.org/10.1002/pssb.2221710108.Gasparov V.A., Grazhulis V.A., Bondarev V.V., Bychkova T.M., Lifshits V.G., Churusov B.K., Galkin N.G., Plusnin N.I. Electrophysical properties of the surface phases of In and Cr on Si(111). Vacuum. 1990;41:(4-6):1207-1210.Gasparov V.A., Grazhulis V.A., Bondarev V.V., Bychkova T.M., Lifshits V.G., Churusov B.K., Galkin N.G., Plusnin N.I. Electrophysical properties of the surface phases of In and Cr on Si(111). Vacuum. 1990;41:(4-6):1207-1210Gasparov V.A., Grazhulis V.A., Bondarev V.V., Bychkova T.M., Lifshits V.G., Galkin N.G., Plusnin N.I. Electron transport in the Si(111)-Cr(√3×√3)R30° αSi surface phase and in epitaxial films of GrSi, CrSi2 on Si(111). Surface Science. 1993;292(3):298-304.Gasparov V.A., Grazhulis V.A., Bondarev V.V., Bychkova T.M., Lifshits V.G., Galkin N.G., Plusnin N.I. Electron transport in the Si(111)-Cr(√3×√3)R30° αSi surface phase and in epitaxial films of GrSi, CrSi2 on Si(111). Surface Science. 1993;292(3):298-304.Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. Москва: Мир; 1984.Zee S.M. [Fizika poluprovodnikovyh priborov]. Moscow: Mir; 1984. (In Russ.)Martinez A., Esteve D., Guivarch A., Auvray P., Henoch P., Pelous G. Metallurgical and Electrical Properties of Chromium Silicon Interfaces. Solid-State Electronics. 1980;23:55-64.Martinez A., Esteve D., Guivarch A., Auvray P., Henoch P., Pelous G. Metallurgical and Electrical Properties of Chromium Silicon Interfaces. Solid-State Electronics. 1980;23:55-64.Turan R., Akman N. Schottky barrier height of CrSi 2 -Si junctions. Semicond. Sci. Technol. 1993;8:1999-2002.Turan R., Akman N. Schottky barrier height of CrSi 2 -Si junctions. Semicond. Sci. Technol. 1993;8:1999-2002.Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. Cанкт-Петербург: Лань; 2001.Pasynkov V.V., Sorokin V.S. [Materialy electronnoi tehniki]. St. Petersburg: Lan’; 2001. (In Russ.)Borisenko V.E., Heskesth P.J. Rapid Thermal Processing of Semiconductor. Berlin: Springer; 1997.Borisenko V.E., Heskesth P.J. Rapid Thermal Processing of Semiconductor. Berlin: Springer; 1997.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.