bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2021-19-4-103-112bsuir-3114Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSФормирование подзатворного диэлектрика нанометровой толщины методом быстрой термообработкиFormation of a gate dielectric of nanometer thickness by rapid thermal treatmentКовальчукН. С.KovalchukN. S.

к.т.н, доцент, первый заместитель главного инженера

г. Минск

Natallia S. Kovalchuk, PhD, Associate Professor; First Deputy Chief Engineer

Minsk

ОмельченкоА. А.OmelchenkoA. A.

инженер Государственного центра «Белмикроанализ» 

г. Минск

Anna A. Omelchenko, Engineer of the «Belmicroanalysis» State Center

Minsk

ПилипенкоВ. А.PilipenkoV. A.

Пилипенко Владимир Александрович, д.т.н., профессор, член-корр. НАН Беларуси, зам. директора по научному развитию Государственного центра «Белмикроанализ» 

220108, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Казинца, 121Ател. +375-17-212-37-41

Pilipenko Vladimir Aleksandrovich, D.Sc., Professor, Corresponding Member of the NAS of Belarus, Deputy Director for Scientific Development of the «Belmicroanalysis» State Center

220108, Republic of Belarus, Minsk, Kazintsa str., 121Atel. +375-17-212-37-41

office@bms.byСолодухаВ. А.SolodukhaV. A.

д.т.н., ген. директор

г. Минск

Vitaly А. Solodukha, D.Sc., General Director 

Minsk

ШестовскийД. В.ShestovskiD. V.

инженер-технолог отдела перспективных технологических процессов

г. Минск

Dmitry V. Shestovski, Engineer-Technologist  of  the Advanced Technological Processes Department 

Minsk

ОАО «Интеграл» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»JSC “Integral” – “INTEGRAL” Holding Managing Company202101072021194103112Copyright © Ковальчук Н.С., Омельченко А.А., Пилипенко В.А., Солодуха В.А., Шестовский Д.В., 20212021Ковальчук Н.С., Омельченко А.А., Пилипенко В.А., Солодуха В.А., Шестовский Д.В.Kovalchuk N.S., Omelchenko A.A., Pilipenko V.A., Solodukha V.A., Shestovski D.V.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/3114

Проведены исследования толщины и оптических характеристик тонких пленок SiO2, полученных одно-, двух- или трехстадийным процессом быстрой термической обработки (БТО) при атмосферном давлении, импульсами длительностью 6, 12 и 20 с. Для получения тонких пленок SiO2 методом БТО в качестве исходных образцов использовали пластины кремния КЭФ4,5 (100). Предварительно образцы окислялись при 1000 °С во влажном кислороде (толщина полученного SiO2 d = 100 нм), затем в растворе плавиковой кислоты проводилось полное снятие оксида кремния, после пластины подвергались химической очистке по технологии Radio Corporation of America (RCA). Окисление в стационарной атмосфере кислорода производилось в одну или две стадии при нагреве пластин импульсом света разной мощности до максимальных температур 1035 – 1250 °С, а также трехстадийным процессом, где заключительным этапом был отжиг в атмосфере азота либо в формовочном газе (N2 97 % + H2 3 %). Были проведены исследования характеристик азотированных в N2 барьерных структур SiO2-Si, полученных процессом БТО световыми потоками импульсами секундной длительности для улучшения электрофизических параметров оксидов затвора методом БТО, что представляет интерес для интегральных микросхем (ИС) с большой плотностью расположения активных областей приборов.

Investigations of the thickness and optical characteristics of thin SiO2 films obtained by one-, two-, or three-stage rapid thermal processing (RTP) at atmospheric pressure, pulses of 6, 12, and 20 s duration have been carried out. To obtain thin SiO2 films by the RTP method, N-type:Ph 4.5 Оhm/□ (100) silicon wafers were used as initial samples. The samples were preliminarily oxidized at 1000 °C of the obtained wet oxygen (SiO2 d = 100 nm), then the silicon oxide was completely removed in a solution of hydrofluoric acid, after which the wafers were subjected to chemical cleaning using the Radio Corporation of America (RCA) technology. Oxidation in a stationary oxygen atmosphere was carried out in one or two stages by heating the plates with a light pulse of different power up to maximum temperatures of 1035 – 1250 °C, as well as a three-stage process, where the final stage was annealing in a nitrogen atmosphere or in a forming gas (N2 97% + H2 3%). The characteristics of SiO2-Si barrier structures nitrided in N2, obtained by the RTP process by light fluxes with pulses of a second duration, were studied to improve the electrophysical parameters of gate oxides by the RTP method. It is of interest for integrated circuits (ICS) with a high density of the active regions of devices.

окисление кремниятолщина оксида кремнияфотодиссоциацияравномерность оксида кремнияпрямое азотированиепоказатель преломленияконцентрация азотаsilicon oxidationsilicon oxide thicknessphotodissociationsilicon oxide uniformitydirect nitridingrefractive indexnitrogen concentrationReferencesAhopelto J., Ardila G., Baldi, L. Balestra F., Belot D. NanoElectronics roadmap for Europe: From nanodevices and innovative materials to system integration. Solid-State Electronics. Elsevier. 2019;155:7-19. DOI: 10.1016/j.sse.2019.03.014Ahopelto J., Ardila G., Baldi, L. Balestra F., Belot D. NanoElectronics roadmap for Europe: From nanodevices and innovative materials to system integration. Solid-State Electronics. Elsevier. 2019;155:7-19. DOI: 10.1016/j.sse.2019.03.014Deleonibus, S. Electronic Devices Architectures for the NANO-CMOS Era. Воса Raton: CRC Press; 2019.Deleonibus, S. Electronic Devices Architectures for the NANO-CMOS Era. Воса Raton: CRC Press; 2019.Krasnikov G.Ya. [Design and technological features of submicron MOS transistors]. Tekhnosfera = Technosphere, 2011. (in Russ.)Krasnikov G.Ya. [Design and technological features of submicron MOS transistors]. Tekhnosfera = Technosphere, 2011. (in Russ.)Borisenko V.E. Hesketh P.J. Rapid Thermal Processing of Semiconductors. New York: Springer Science+Business Media; 1997.Borisenko V.E. Hesketh P.J. Rapid Thermal Processing of Semiconductors. New York: Springer Science+Business Media; 1997.Fair R.B. Rapid thermal processing: science and technology. Boston: Academic Press; 1993.Fair R.B. Rapid thermal processing: science and technology. Boston: Academic Press; 1993.Nishi Y. Doering R. Handbook of semiconductor manufacturing technology. Воса Raton: CRC press; 2008.Nishi Y. Doering R. Handbook of semiconductor manufacturing technology. Воса Raton: CRC press; 2008.Pilipenko V.A. [Thermal oxidation model of silicon during rapid heat treatment] Bulletin of BSU. Series 1, Physics. Maths. Computer science = Vestnik BGU. Seriya 1, Fizika. Matematika. Informatika. Minsk: Izd. centr BGU;2006;(2):35-39. (in Russ.)Pilipenko V.A. [Thermal oxidation model of silicon during rapid heat treatment] Bulletin of BSU. Series 1, Physics. Maths. Computer science = Vestnik BGU. Seriya 1, Fizika. Matematika. Informatika. Minsk: Izd. centr BGU;2006;(2):35-39. (in Russ.)Christiano V., Filho S.G. dos Santos. Physical characterization of ultrathin silicon oxynitrides grown by Rapid Thermal Processing aiming to MOS tunnel devices. Rio de Janeiro: IOP Conference Series. Materials Science and Engineering. IOP Publishing. 2015;76:01200.Christiano V., Filho S.G. dos Santos. Physical characterization of ultrathin silicon oxynitrides grown by Rapid Thermal Processing aiming to MOS tunnel devices. Rio de Janeiro: IOP Conference Series. Materials Science and Engineering. IOP Publishing. 2015;76:01200.Svetlichny A.M., Shlyakhovoy D.A. [Estimation of the effect of IR radiation on the growth rate of silicon dioxide]. Izvestiya Yuzhnogo federal'nogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki = Bulletin of the Southern Federal University. Technical science. 2000;17(3). (in Russ.)Svetlichny A.M., Shlyakhovoy D.A. [Estimation of the effect of IR radiation on the growth rate of silicon dioxide]. Izvestiya Yuzhnogo federal'nogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki = Bulletin of the Southern Federal University. Technical science. 2000;17(3). (in Russ.)Lu Z.H. Growth of ultrathin nitride on Si (100) by rapid thermal N 2 treatment. Rapid Thermal and Other Short-time Processing Technologies: Proceedings of international symposium. 2000;(9): 223-229.Lu Z.H. Growth of ultrathin nitride on Si (100) by rapid thermal N 2 treatment. Rapid Thermal and Other Short-time Processing Technologies: Proceedings of international symposium. 2000;(9): 223-229.Korolev M. A., Krupkina T. Y., Reveleva M.A. [Technology, designs and methods of modeling silicon integrated circuits]. Moscow: Binom. Knowledge laboratory; 2015. (in Russ.)Korolev M. A., Krupkina T. Y., Reveleva M.A. [Technology, designs and methods of modeling silicon integrated circuits]. Moscow: Binom. Knowledge laboratory; 2015. (in Russ.)Gritsenko V.A. [Atomic structure of amorphous nonstoichiometric silicon oxides and nitrides]. Uspekhi fizicheskikh nauk = Physics-Uspekhi 2008;178(7):727–737. (in Russ.)Gritsenko V.A. [Atomic structure of amorphous nonstoichiometric silicon oxides and nitrides]. Uspekhi fizicheskikh nauk = Physics-Uspekhi 2008;178(7):727–737. (in Russ.)Diniz J.A. Formation of Ultra-Thin Silicon Oxynitride Films by Low-Energy Nitrogen Implantation. MRS Online Proceedings Library Archive. 1995;396:249-254. DOI: 10.1557/PROC-396-249.Diniz J.A. Formation of Ultra-Thin Silicon Oxynitride Films by Low-Energy Nitrogen Implantation. MRS Online Proceedings Library Archive. 1995;396:249-254. DOI: 10.1557/PROC-396-249.

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