WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Столяров Максим Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИНЖЕКЦИОННОЙ МОДИФИКАЦИИ В СТРУКТУРАХ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК И

ПРИБОРАХ НА ИХ ОСНОВЕ

Специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2007

Диссертация выполнена в ГОУ ВПО “Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана” (Калужский филиал)

Научный руководитель доктор технических наук

Андреев Владимир Викторович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Стрельченко С.С.

кандидат технических наук,

Фицуков М.М.

Ведущая организация Научно-исследовательский институт материалов электронной техники

НИИМЭТ (г. Калуга)

Защита состоится «31» октября 2007 г. в _14_ч. _30_мин.

на заседании диссертационного совета Д 212.141.17 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана

по адресу: 248600, Калуга, ул. Баженова, 2.

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Калужский филиал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Калужский филиал

Автореферат разослан «_16__» сентября 2007г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

кандидат технических наук, доцент Лоскутов С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из бурно развивающихся направлений современной технологии изготовления интегральных микросхем (ИМС) и полупроводниковых приборов является разработка методов обработки, позволяющих целенаправленно изменять характеристики приборов на завершающей стадии их изготовления или непосредственно готовых приборов. Применительно к полевым приборам на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), к таким методам относятся высокочастотная и плазменная обработки, радиационно-термическая обработка, корректировка параметров радиационным облучением и т.д. Перспективным методом управления пороговым напряжением МДП-транзисторов является изменение зарядового состояния подзатворной системы, включающей в себя многослойный подзатворный диэлектрик с электронными ловушками, заполнение которых производится с использованием сильнополевой туннельной инжекции электронов.

В качестве подзатворного диэлектрика, содержащего электронные ловушки, целесообразно использовать многослойный диэлектрик на основе двуокиси кремния и слоев фосфорно-силикатного стекла (ФСС). Основными проблемами при создании диэлектрических пленок для полупроводниковых приборов на основе МДП-структур с многослойными инжекционно модифицированными диэлектрическими слоями являются: создание требуемой оптимальной структуры диэлектрической пленки, обеспечивающей эффективный захват электронов на ловушки; определение режимов сильнополевой туннельной инжекции, позволяющих эффективно заполнять электронные ловушки при минимальном увеличении плотности положительного заряда и поверхностных состояний; обеспечение требуемой термополевой стабильности инжекционно стимулированного заряда.

Проведенный анализ результатов работ по созданию инжекционно модифицированных слоев и применению их в полевых приборах и ИМС показывает, что полученные экспериментальные и теоретические результаты указывают на перспективность освоения промышленного производства приборов на основе инжекционно модифицированных слоев. Вместе с тем освоение производства полевых приборов на основе инжекционно модифицированных слоев заметно сдерживается отсутствием эффективных методов инжекционной модификации, отвечающих требованиям массового производства ИМС, и отсутствием информации о стабильности инжекционно стимулированного заряда многослойных диэлектрических слоев в условиях эксплуатации.

Цель работы.

Повышение эффективности инжекционной модификации МДП-структур и полупроводниковых приборов с многослойными диэлектрическими слоями SiO2-ФСС на основе исследования процессов изменения электрофизических характеристик в условиях сильнополевой туннельной инжекции и температурных воздействий.

Для достижения поставленной цели возникла необходимость решения следующих задач:

- исследовать зависимости накопления положительного заряда в МДП-структурах при инжекционной модификации при различных температурах с применением метода двухуровневой токовой нагрузки;

  • разработать модель изменения зарядового состояния МДП-структур при инжекционной модификации, учитывающую генерацию положительного заряда;
  • исследовать зависимости изменения зарядового состояния инжекционно модифицированных многослойных диэлектрических слоев SiO2-ФСС МДП-структур при различных температурах и разработать модель хранения и стекания инжекционно стимулированного заряда;
  • разработать методы повышения эффективности инжекционной модификации МДП-структур;
  • исследовать процессы инжекционной модификации в условиях производства ИМС на основе МДП-структур с инжекционно модифициованными многослойными диэлектрическими слоями SiO2-ФСС.

Научная новизна.

1. Впервые получены с использованием метода двухуровневой токовой нагрузки зависимости изменения зарядового состояния многослойных диэлектрических слоев МДП-структур Si-SiO2-ФСС-Al, в условиях сильнополевой туннельной инжекции в диапазоне температур до 100 °С.

2. Разработана модель инжекционной модификации МДП-структур Si-SiO2-ФСС-Al, учитывающая температурную зависимость генерации положительного заряда в двуокиси кремния при сильнополевых воздействиях.

3. Разработана модель хранения и стекания инжекционно стимулированного заряда в МДП-структурах с диэлектрическими слоями на основе термической пленки SiO2 пассивированной ФСС. Определены эффективные параметры центров захвата электронов в инжекционно модифицированных многослойных диэлектрических слоях МДП-структур Si-SiO2-ФСС-Al.

4. Определены особенности влияния протонного облучения на инжекционно стимулированный отрицательный заряд в МДП-структурах Si-SiO2-ФСС-Al.

Практическая значимость работы.

1. Разработан новый способ изготовления МДП-транзисторов со структурой Si-SiO2-ФСС-Al, основанный на проведении инжекционной модификации при повышенных температурах.

2. Разработан метод инжекционной модификации МДП-приборов и ИМС с малой площадью затворов с использованием режима квазипостоянного тока.

3. Разработан метод повышения эффективности инжекционной модификации многослойных диэлектрических слоев SiO2-ФСС, основанный на проведении сильнополевой туннельной инжекции электронов в диэлектрик при повышенных температурах.

4. Определены распределения инжекционно модифицированных МДП-структур по напряжению середины запрещенной зоны по площади полупроводниковой пластины при проведении инжекционной модификации.

Полученные в данной работе результаты и разработанные методы повышения инжекционной модификации были использованы в производстве полупроводниковых приборов и МДП-ИМС на ОАО «ВОСХОД» КРЛЗ и ЗАО «ОКБ «МЭЛ».

Научные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Результаты исследования процессов инжекционной модификации МДП-структур Si-SiO2-ФСС-Al с учетом влияния температуры и генерации положительного заряда, а также статистические рапределения инжекционно модифицированных МДП-структур на различных стадиях модификации.

2. Модель инжекционной модификации МДП-структур Si-SiO2-ФСС-Al, учитывающая температурную зависимость генерации положительного заряда в двуокиси кремния и последующее хранение и стекание инжекционно стимулированного отрицательного заряда при термополевых испытаниях и эксплуатации приборов.

3. Способ изготовления МДП-транзисторов со структурой Si-SiO2-ФСС-Al, реализующий инжекционную модификацию параметров транзисторов на основе накопления термостабильной компоненты отрицательного заряда в пленке ФСС (патент РФ № 2206142), и результаты исследования характеристик транзистора при инжекционной модификации.

4. Методы повышения эффективности инжекционной модификации МДП-приборов на основе использования режима квазипостоянного тока для приборов с малой площадью затвора и проведения инжекционной модификации при повышенных температурах.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: 1-ой Российской конференции молодых учёных по физическому материаловедению (Калуга, 2001 г.), Межвузовской научной школе молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине» (Москва, 2001 г., 2002 г.), Международной научно-технической конференции "Тонкие плёнки и слоистые структуры" (Москва, 2002 г.), Региональной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении" (Калуга, 2001 г., 2002 г.), International conference "Physics of electronic materials" (Кaluga, 2002 г., 2005 г.), Международном научно-методическом семинаре "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах" (Москва, 2002 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо- и машиностроении» (Калуга, 2003 г., 2004 г.), Межнародных совещаниях "Радиационная физика твёрдого тела". (Севастополь, 2004 г., 2007 г.) 13th international Congress on Thin Films & 8th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces & Nanostructures (Стокгольм, 2005 г.), Всероссийской научно-технической конференции "Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе" (Калуга, 2006 г.), Региональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе» (Калуга, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 11 работ, в том числе 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы 165 страниц, включая 33 рисунка. Список литературы содержит 150 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулированы цели и задачи работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены особенности применения сильнополевой туннельной инжекции носителей в исследованиях МДП-структур и технологиях их получения. Определены перспективы использования инжекционной модификации в микроэлектронике.

Проведен анализ современного состояния физики процессов накопления зарядов в МДП-структурах на основе двуокиси кремния в сильных электрических полях в условиях инжекции носителей. Показано, что процессы накопления в сильных электрических полях положительного заряда в МДП-структурах, ответственного за деградацию и пробой МДП-структур и полевых приборов и ИМС на их основе, изучены не достаточно. Исследования и определение механизмов генерации положительного заряда в сильных электрических полях в условиях инжекции носителей является актуальной задачей современного этапа развития МДП-технологий. Особую важность данная проблема имеет для полевых приборов и ИМС на основе инжеционно модифицированных многослойных диэлектрических слоев.

Рассмотрены инжекционные методы исследования МДП-структур. Показано, что метод постоянного тока при больших плотностях стрессового тока может давать заниженные значения величины положительного заряда, что предполагает необходимость его совершенствования.

Определены проблемы, сдерживающие широкое применение инжекционной модификации, сформулирована цель, поставлены задачи, выбраны объекты исследований.

Во второй главе, в связи с поставленной задачей исследовать температурные зависимости накопления положительного заряда при инжекционной модификации многослойных диэлектрических слоев Si-SiO2-ФСС-Al, было предложено использовать новый метод исследования процессов генерации и релаксации положительного заряда в подзатворном диэлектрике МДП-структур в процессе и после воздействия сильных электрических полей, основанный на применении двухуровневой токовой нагрузки, прикладываемой к образцу, и одновременном измерении напряжения на нем, позволяющий уменьшить погрешности определения плотности положительного заряда в диэлектрике в области сильных электрических полей при высоких плотностях электрического тока, для исследования генерации положительного заряда в МДП-структурах при инжекционной модификации.

Данный метод заключается в подаче на МДП-структуру двух уровней инжекционного тока - стрессового IS и измерительного Im. Генерация положительного заряда в подзатворном диэлектрике проводится амплитудой стрессового тока IS. Амплитуда измерительного тока Im выбирается на несколько порядков меньше IS, исходя из условия минимальной зарядовой деградации диэлектрика, вносимой этим током. Изменение зарядового состояния МДП-структуры при сильнополевой инжекции оценивается по изменению напряжения на МДП-структуре при токе Im. За начальное напряжение принимается напряжение VIm0, на величину которого не оказывает влияние накопление положительного заряда на начальной стадии инжекции при установлении стрессового тока IS. Поэтому изменение напряжения при токе Im учитывает положительный заряд, генерированный в подзатворном диэлектрике, при выходе МДП-структуры на режим инжекции, соответствующий стрессовому току, и, тем самым, значительно снижается погрешность, присущая методу постоянного тока, который дает заниженные значения плотности положительного заряда.

При исследовании процессов генерации положительного заряда при инжекционной модификации использовался импульсный кратковременный переход из режима протекания стрессового тока IS в режим измерительного тока Im и обратно. Длительность стрессового режима tS выбиралась из условия требуемой дискретности контроля величины генерированного положительного заряда. Длительность измерительного режима обеспечивала переход МДП-структуры в режим инжекции заряда током Im и не оказывала существенного влияния на зарядовое состояние.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»