Рассмотрена связь эксплуатационных характеристик приборов с барьером Шотки с физическими параметрами контактов металл - полупроводник используемых в различных областях: интегральная и СВЧ электроника, оптоэлектроника, гелиоэнергетика и др. Приведена система информативных электрических и физических параметров однородного и неоднородных контактах при старении, деградиции, отказе (взаимная ность их работы. Описаны физико-химические процессы в однородных и неоднородных коннтактах при старении, деградации, отказе (взаимная диффузия твердофазные реакции, твердофазная эпитаксия полупроводника и др'). Приведена оценка времени работы контактов до отказа.
Систематизированы результаты экспериментальных исследовании надежности контактов на полупроводниках типов Aiv, AmBv, AvnBvi и др. Изложены методы повышения надежности контактов в интегральной технике. работников> специализирующихся в области микроэлектроники и полупроводниковых приборов.
Табл. 8. Ил. 95. Библиогр. 167 назв.
Предисловие
Успехи интегральной электроники, которая в последние годы все более эффективно внедряется в интенсивно развиваемые для нужд народного хозяйства информатику и вычислительную технику, обусловлены повышением степени интеграции элементов на кристалле, увеличением быстродействия, уменьшением потребляемой мощности и повышением надежности микросхем. Это стало возможным благодаря быстрому развитию управляемых технологических процессов и новых методов конструирования микросхем, а также благодаря широкому использованию наряду с МДП-структурами и р-п переходами и вместо-них контактов металл — полупроводник (КМП) с барьером Шотки. Широкое использование КМП определяется следующими их достоинствами по сравнению с МДП-структурами и р-п переходами: более простой технологией изготовления; высоким быстродействием; меньшими предельными размерами, при которых возможны их известные применения. Поэтому КМП могут быть использованы в микросхемах с большей степенью интеграции элементов на кристалле.
Проблема обеспечения надежности контактов с барьером Шотки и омических при внешних воздействиях (приложение напряжения, изменение температуры, воздействие внешней среды, радиация) сложнее, чем проблема обеспечения надежности МДП-структур и р-п переходов.
Это определяется следующими факторами: характеристики КМП зависят от свойств границы раздела двух сильно различающихся веществ (металла и полупроводника), на которой возможны физико-химические процессы (взаимная диффузия, твердофазные реакции, твердофазная эпитаксия), приводящие к значительным изменениям их характеристик; металлические пленки обычно термодинамически неравновесны и их свойства могут значительно измениться при воздействиях и влиять на характеристики
Оглавление
.Предисловие.........
Глава 1
Применение контактов в приборах, устройствах интегральной электроники и их эксплуатационные
параметры 5
11.1. Детекторные и смесительные диоды с барьером Шотки . 6
-1.2. Выпрямительные диоды с барьером Шотки..... 7
Л.З. Импульсные диоды........... 7
!1.4. Диоды с барьером Шотки в качестве усилителей и генераторов электрических колебаний ....... 8
1.5. Интегральный биполярный транзистор с барьером Шотки 8 Л.6. Полевой транзистор с барьером Шотки в качестве затвора 9 .1.7. МДП-транзистор с контактами с барьером Шотки для истока и стока............. 11
'1.8. Приборы на основе эффекта Ганна с электродами с барьером Шотки............. 12 •-,
1.9. Тонкопленочные приборы с барьером Шотки .... 12 J
'1.10. Оптоэлектронные приборы, устройства с барьером Шотки 14 ' '1.11. Приборы со структурой металл—тонкий диэлектрик—полу- с;-
проводник.............. 16
1.12. Пассивные элементы на основе контакта..... 16
3.13. Система электрофизических и физических параметров кон- •* такта, определяющих работу приборов, устройств . . . 17 г
Г лава 2
Связь электрофизических и физических параметров контакта с параметрами металла, переходного слоя
и полупроводника 18
"2.1. Характеристики области пространственного заряда в полу- ' ,
проводнике.............. 19 .
'2.2. Выпрямление в контакте с резкой границей между ме- >:•
таллом и полупроводником......... 23 .,
"2.3. Выпрямление в контакте с туннельно-прозрачным диэлектрическим переходным слоем........ 2/ •>,
2.4. Выпрямление в контакте с протяженным переходным слоем
2.5. Эквивалентная схема контакта металл—полупроводник с бапьрппч тттпт^и
32-;хема контяктя шотсптг. ~-------
барьером Шотки ......0<±
2.6. Параметры вольт-амперной характеристики.....38
2.7. Шумы в контакте металл—полупроводник.....
2.8. Пробойные явления в контакте с барьером Шотки
2.9. Сопротивление омического контакта.......
2.10. Обобщенная система физических параметров полупроводника, переходного слоя и металла, определяющих свойства контакта .
41
42
43-
Глава 3 Расчет электрофизических характеристик неоднородного
контакта 44
3.1. Неоднородный по концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводнике контакта с резкой границей металл—полупроводник ...........47'
3.2. Неоднородный по концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводнике контакт с переходным слоем . 48.
3.3. Неоднородный по параметрам области пространственного заряда в полупроводнике контакт со структурой металл— Р+-СЛОЙ—«-полупроводник.........5 Г
3.4. Неоднородный контакт по параметрам переходного слоя 53-
3.5. Неоднородный контакт по параметрам поверхностных состояний .... 55
57'
58-59'
3.6. Неоднородный контакт по параметрам глубоких уровней
3.7. Неоднородность по контактной разности потенциалов .
3.8. Краевой эффект в планарном контакте......
3.9. Влияние последовательного сопротивления объема полупроводника на характеристики неоднородного контакта . 61
3.10. Распределение падения напряжения вдоль контакта . . 63
Глава 4 Физико-химические процессы при изготовлении контактов 64
4.1. Типы структур контактов......... 64'
' " " 65
, __„......-......... 67
4.4. Создание и получение рельефа пленки диэлектрика на по-
.nVnnnnn ГПЛЛТ^а
---- --rj"'Ji> 1W1»1«IV1UD .....
4.2. Этапы технологии изготовления контактов.....65
4.3. Обработка полупроводника
лупроводнике ............. 70'
4.5. Обработка поверхности полупроводника...... 75
4.6. Нанесение пленки металла на полупроводник .... 80*
4.7. Обработка изготовленного контакта....... 84
4.8. Физико-химические модели границ металл — полупроводник 89'
4.9. Физические принципы обеспечения надежности контактов
" при изготовлении .......... . . 92
251:
Глава 5
Физико-химические процессы в контактах при старении, деградации, отказе и физические основы прогнозирования
надежности контактов 95
35.1. Диффузия в контакте металл—полупроводник с однород-
__ ными металлом и полупроводником....... 96
-5.2. Диффузия в контакте металл—полупроводник с дефектами в металле и полупроводнике ........ 99
5.3. Твердофазные реакции и эпитаксия полупроводника на границе раздела металл—полупроводник...... 101
5.4. Релаксация механических напряжений в контакте . . . 103
5.5. Рост и растворение новой фазы........ 106
5.6. Коррозионные и электролитические процессы . . . . 108
5.7. Электроперенос............109
-5.8. Образование дефектов в полупроводнике при разогреве
электронного газа............110
.5.9. Процессы в контакте при нагреве полупроводника проходящим током.............112
:5.10. Расплавление и перенос жидких включений второй фазы
в полупроводнике ............ 114
."5.11. Прогнозирование надежности контактов, определяемой изменением свойств полупроводника ....... 116
;5.12. Прогнозирование надежности контактов, определяемой процессами в переходном слое и на границе раздела металл— .полупроводник ............. 125
"5113. Прогнозирование надежности контактов, определяемой изменением свойств металла ......... 126
5.14. Действие радиации на контакт металл—полупроводник . 128
.5.15. Физические основы прогнозирования надежности контактов 131
Глава 6
Физико-химические процессы при старении, деградации и отказе контактов с металлами, не взамодействующими
с полупроводником при изготовлении 134
f-6.1. Физическая модель однородных контактов со структурой
металл—переходный слой—полупроводник.....135
'6.2. Характеристики неоднородного контакта со структурой металл—переходный слой—полупроводник......141
6.3. Диффузия газа и окисление металла, полупроводника в
контактах..............142
'6.4. Взаимная диффузия металла и полупроводника . . . 148
'6.5. Взаимная диффузия металлов и образование интерметал-
лидов в многослойной пленке на полупроводнике . . . 150
•6.6. Геттерирование пленкой металла и границей раздела металл—полупроводник примесей из полупроводника ... . 153
гб.7. Введение дислокаций в полупроводник......155
:252
6.8. Изменение заряда на электронных состояниях границы раздела, в переходном слое и полупроводнике.....156
6.9. Твердофазные реакции между металлом и полупроводником ................158
6.10. Процессы в контактах металл—переходный слой—полупроводник при воздействии радиации.......161
6.11. Физические принципы повышения надежности контактов со структурой металл—переходный слой—полупроводник . . 164
Глава 7
Физические причины старения, деградации и отказа контактов с металлами, образующими твердые растворы
с полупроводником 168
7.1. Физическая модель однородного контакта со структурой пленка твердого раствора полупроводника в металле—переходный слой—полупроводник ......... 168
7.2. Характеристики неоднородного контакта со структурой пленка твердого раствора полупроводника в металле—переходный слой — полупроводник.......170
7.3. Диффузия алюминия и распад пересыщенного раствора кремния в алюминии в выпрямляющих контактах алюминий—кремний.............172
7.4. Взаимная диффузия алюминия, кремния и перераспределение легирующей примеси в омических контактах алюминий—кремний.............175
7.5. Взаимная диффузия металла и полупроводника в контактах на полупроводниках типа AmBv......178
7.6. Процессы в контакте алюминий—кремний при лавинном пробое...............182
7.7. Физические процессы в пленке твердого раствора полупроводника в металле, переходном слое и полупроводнике при воздействии радиации...........186
7.8. Физические принципы повышения надежности контактов со структурой пленка твердого раствора полупроводника в металле—переходный слой—полупроводник.....191
Глава 8
Физико-химические процессы при старении, деградации и отказах контактов с металлами, образующими соединения
с полупроводником 193
8.1. Физическая модель однородного контакта со структурой пленка соединения металла с полупроводником—переходный слой—полупроводник ......... 193
8.2. Характеристики неоднородного контакта со структурой пленка соединения металла с полупроводником—переходный слой—полупроводник ......... 197
253
8.3. Твердофазные химические реакции на границе раздела в
контактах металл—полупроводник.......200'
8.4. Окисление соединения металла с полупроводником . . 202
8.5. Аутдиффузия полупроводника в пленку соединения металла с полупроводником и сегрегация на ее поверхности . 204;
8.6. Взаимная диффузия металла и полупроводника в контакте со структурой металл разводки—соединение металла с полупроводником—полупроводник........205'
8.7. Физические процессы в переходном слое и на границе раздела с полупроводником .......... 207
8.8. Физико-химические процессы в пленке соединения металла с полупроводником, в переходном слое и полупроводнике
при воздействии радиации.........213-
8.9. Физические основы методов понижения интенсивности дегра-дационных процессов в контактах металл разводки—соединение металла с полупроводником—полупроводник . . . 21S
Глава 9
Перспективы использования и проблемы надежности контактов в интегральной субмикронной электронике 217
9.1. Фундаментальные физические ограничения размеров контактов ...............21&
9.2. Технологические ограничения минимальных размеров контактов ...............22»
9.3. Ограничения минимальных размеров контактов, связанные с функционированием и надежностью приборов, элементов
с КМП-структурами...........228
9.4. Проблемы физики надежности контактов субмикронных размеров..............231
Заключение...............233:
Список литературы.............236
Предметный указатель............24S
Цена: 150руб.
