Спектральная эллипсометрия как метод изучения влияния быстрой термообработки кремниевых пластин на их оптические характеристики

Одним из возможных путей улучшения поверхностных свойств кремния является твердофазная рекристаллизация поверхностного слоя кремния после химико-механической полировки с использованием быстрой термической обработки импульсами секундной длительности. Целью данной работы являлось исследование влияния быстрой термической обработки исходных кремниевых пластин различного уровня легирования и ретикулярной плотности на их оптические характеристики методом спектральной эллипсометрии.

Приведены результаты исследования методом спектральной эллипсометрии влияния быстрой термообработки исходных кремниевых пластин (КДБ-12 ориентации <100>, КДБ-10 ориентации

<111> и КДБ-0,005 ориентации <100>) различного уровня легирования и ретикулярной плотности на их оптические характеристики: коэффициенты преломления, поглощения. Подтверждено влияние ретикулярной плотности кремния на его оптические характеристики до и после быстрой термообработки. Установлено уменьшение коэффициентов преломления и поглощения в центре зоны Бриллюэна для образцов кремния с высокой концентрацией бора после быстрой термообработки по сравнению с низколегированным кремнием. В области пика максимума поглощения, соответствующего энергии выхода электрона с поверхности кремния (4.34 эВ) показатель преломления высоколегированного кремния становится выше, чем у низколегированного кремния, что обусловлено высокой концентрацией свободных носителей заряда на поверхности кремния в этом спектральном диапазоне.

Установлено, что спектральная область 3.59–4.67 эВ, соответствующая работе выхода электронов с поверхности кремния, наиболее информативно показывает различие оптических параметров кремния различной ориентации, а для оценки влияния уровня легирования кремния на его оптические характеристики наиболее информативен спектральный диапазон 3.32–4.34 эВ.

1. Nalivaiko O.Yu., Saladukha V.A., Pilipenka U.A., Kolos V.V., Belous A.I., Lipinskaya T.I. The Fundamental Technological Processes for Fabrication of the Semiconductor Devices and Integrated Circuits on Silicon. Vol. 1. Edited by Prof. A.S. Turtsevich. Minsk: Integralpolygraph Publ., 2013, 703 p.

2. Solodukha V.A., Gorushko V.A., Omelchenko A.A., Pilipenko V.A. Solid Phase Recrystallization of the Mechanically Disrupted Silicon Layer during the Rapid Thermal Processing. Published Reports of the National Academy of Science of Belarus, 2018, vol. 62, no. 3, p. 7, p. 6 (in Russian).

3. Bondarev V., Gorushko V., Pilipenko V., Solo-dukha V. Characteristic Features of Heating SemiconductorSilicon Structures during the Rapid Thermal Processing in the VLSI Technology. High Temperature Material Process: An International Quarterly of HighTechnology Plasma Processes, 2018, vol. 22, iss. 1, pp. 1–6. DOI: 10.1615/HighTempMatProc.2018026506

4. Tolstoi V.P. Introduction to Optical Absorption Spectroscopy of Nano-Materials. St.Peterburg, SOLO Publ., 2014, pp. 21, 39–48.

5. Postnikov V.S. Optical Material Science. Perm, Publishing House at Perm State Research Technical University, 2013, pp. 22–38.

6. Orlov A.M., Kostishko B.M., Skvortzov A.A. Physical Fundamentals of Technology for Semiconductor Devices and Integrated Microcircuits. Uljanovsk, Uljanovsk State University, 2014, pp. 33–35.

7. Voroshilov Yu.V., Pavlishin V.I. Fundamentals of Crystallography and Crystal Chemistry. Radiographic Analysis of Crystal, Ukraine, TOV “KNT”, 2011, pp. 80–84.

8. Kononenko V.V., Zavedeev E.V., Latushko M.I., Pashinin V.P., Konov V.I., Dianov E.M. Excitation of the Electronic Subsystem of Silicon by Means of the femtosecond laser irradiation. Quantum Electronics, 2012, vol. 42, no. 10, p. 925–930 (in Russian).

9. Pikhtin A.N., Khegazee Kh.Kh. Edge of Proper Absorption of Semiconductor Solid Solutions with Straight Structure of Energy Bands. Semiconductor Physics and Engineering, 2009, vol. 43, iss. 10, pp. 1301– 1307 (in Russian).

10. Khirunenko L.I., Pomozov Yu.V., Sosnin M.G. Optical Properties of Silicon with High Boron Content. Semiconductor Physics and Engineering, 2013, vol. 47, iss. 2, pp. 232–238 (in Russian).