ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ БЫСТРОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК НИКЕЛЯ НА КРЕМНИИ

Работа посвящена установлению закономерности изменения удельного сопротивления и высоты барьера Шоттки пленок никеля на кремнии n-типа (111) при их быстрой термообработке в диапазоне температур от 200 до 550 °С. Пленки никеля толщиной порядка 60 нм наносили магнетронным распылением на кремниевые подложки с удельным сопротивлением 0,58–0,53 Ом×см. Быструю термообработку проводили в интервале от 200 до 550°С в режиме теплового баланса облучением обратной стороны подложек некогерентным световым потоком в среде азота в течение 7 с. Толщину пленок никеля определяли растровой электронной микроскопией. Поверхностное сопротивление образцов измеряли четырехзондовым методом. Высоту барьера Шоттки определяли методом вольтамперных характеристик. Показано, что при температурах быстрой термообработки Ni/n-Si (111) 200–250 °С Ni преобразуется в Ni2Si, увеличиваясь в толщине в 1,15–1,33 раза, удельное сопротивление увеличивается до 26–30 мкОм×см, а высота барьера Шоттки уменьшается с 0,66 до 0,6 В. При температуре быстрой термообработки 300 °С толщина исходной пленки никеля увеличивается в 1,93 раза, удельное сопротивление и высота барьера Шоттки снижаются до 26–30 мкОм×см и 0,59 В, соответственно, что обусловлено преобразованием Ni2Si в NiSi и фиксацией высоты барьера поверхностными состояниями на границе раздела силицида с кремнием. Быстрая термообработка при температурах 350–550 °С переводит исходную пленку никеля в NiSi, увеличивает ее толщинну в 2,26–2,67 раза, уменьшает ее удельное сопротивления до 15–18 мкОм×см, и увеличивает высоту барьера Шоттки до 0,62–0,64 В. Наименьшей дефектностью и лучшей воспроизводимостью электрофизических свойств характеризуются пленки NiSi, сформированные быстрой термообработкой пленок никеля на кремнии при температуре 400–450°С. Полученные результаты могут быть использованы в технологии создания изделий интегральной электроники с выпрямляющими контактами.

никель, силицид никеля, быстрая термообработка, удельное сопротивление, высота барьера

1. Doering R., Nishi Y. Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology. 2nd edition. New York: CRC Press; 2008.

2. Karabko A.O., Soloviev Y.A., Kaidov O.L., Gluchmanchuk V.V., Dostanko A.P. [The development of technological processes of the formation of solar cells with contacts based on nickel silicide]. Doklady BGUIR = Doklady BGUIR. 2009;4(42):61-64. (In Russ.)

3. Bahabry R.R., Hanna A.N., Kutbee A.T., Gumus A., Hussian M.M. Impact of Nickel Silicide Rear Metallization on the Series Resistance of Crystalline Silicon Solar Cells. Energy Technol. https://doi.org/10.1002/ente.201700790.

4. Popov S. [Power Schottky Diodes]. Electronic Components. 2002;8:77-81 (In Russ.)

5. M’jurarka Sh.P. [Silitsidy dlja SBIS]. M.: Mir; 1986. (In Russ.)

6. Pilipenko V.A. [Bystrye termoobrabotki v tehnologii SBIS]. Minsk: Izd. centr BGU; 2004. (In Russ.)

7. Borisenko V.E., Heskesth P.J. Rapid Thermal Processing of Semiconductors. Berlin: Springer; 1997

8. Chen L.J. Silicide Technology for Integrated Circuits. London; 2004.

9. Martin D.M., Enlund J., Yanchev V., Olsson J., Katardjiev I. Optimisation of smooth multilayer Nickel Silicide surface for ALN growth. Journal of Physics: Conference Series. 2008;100(4):042014. https://doi.org/10.1088/1742-6596/100/4/042014.

10. Zee S.M. [Fizika poluprovodnikovyh priborov]. М.: Mir; 1984. (In Russ.)

11. Purtell R., Hollinger G., Rubloff G.W., Ho P.S. Schottky barrier formation at Pd, Pt, and Ni/Si(111) interfaces. J. Vac. Sci. Technol. A. 1983;1(2):566-569. https://doi.org/10.1116/1.571958.

12. Schmid P.E., Ho P.S., Foll H. Tan T.Y. Effects of variations of silicide characteristics on the Schottkybarrier height of silicide-silicon interfaces. Physical Review B. 1983;28(8):4593-4601. https://doi.org/10.1103/physrevb.28.4593.

13. Tung R.T., Ng K.K., Gibson J.M., Levi A.F.J. Schottky-barrier heights of single-crystal NiSi2 on Si(111): The effect of surface p-n junction. Physical Review B. 1986;33(10):7077-7090. https://doi.org/10.1103/physrevb.33.7077.

14. Liehr M., Schmid P.E., LeGoues F.K., Ho P.S. Schottky barrier heights of epitaxial Ni-silicides on Si(111). J. Vac. Sci. Technol. A. 1986;4(3):855-859. https://doi.org/10.1116/1.573795.