bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2023-21-4-28-32bsuir-3677Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSМеханизм формирования фиксированного заряда в слое SiO2, полученном термическим окислением кремнияModel of the Formation of a Fixed Charge in SiO2, Produced by Thermal Oxidation of SiliconПилипенкоВ. А.PilipenkaU. A.

Член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научному развитию государственного центра «Белмикроанализ».

Минск

Uladzimir A. Pilipenka - Corr. Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. of Sci. (Tech.), Professor, Deputy Director for Scientific Development at the State Center “Belmicroanalysis”.

Minsk

ОмельченкоА. А.AmelchankaH. A.

Омельченко Анна Александровна - ведущий инженер государственного центра «Белмикроанализ».

220108, Минск, ул. Казинца, 121а. Тел.: +375 29 999-30-21

Amelchanka Hanna Alyaksandrayna - Senior Engineer at the State Center “Belmicroanalysis.

220108, Minsk, Kazintsa St., 121а. Tel.: +375 29 999-30-21

anna.omelchenko.13177@mail.ruОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»JOINT STOCK COMPANY “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company2023280820232142832Copyright © Пилипенко В.А., Омельченко А.А., 20232023Пилипенко В.А., Омельченко А.А.Pilipenka U.A., Amelchanka H.A.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/3677

Твердофазная рекристаллизация поверхностного слоя кремния после химико-механической полировки с использованием быстрой термической обработки импульсами секундной длительности – один из возможных путей улучшения поверхностных свойств кремния. Рассмотрено влияние быстрой термической обработки, приводящей к твердофазной рекристаллизации механически нарушенного слоя, на формирование фиксированного заряда в SiO2 при термическом окислении кремния. Приведены результаты исследования пластин кремния электронного, легированного фосфором (КЭФ 4,5), и кремния дырочного, легированного бором (КДБ 12), ориентации <100> диаметром 100 мм после химико-механической полировки. Методом вольт-фарадных характеристик определялись напряжение плоских зон и плотность заряда на границе раздела «кремний – диоксид кремния», методом сканирующей зондовой электрометрии – поверхностное распределение этих характеристик до и после быстрой термообработки. Установлено, что быстрая термообработка на кремниевых пластинах КЭФ 4,5 и КДБ 12 ориентации <100> за счет твердофазной рекристаллизации механически нарушенного слоя приводит к уменьшению поверхностного потенциала по площади пластин и остаточного фиксированного заряда в диоксиде кремния в полтора раза.

Solid-state recrystallization of the surface silicon layer after chemical and mechanical polishing with application of fast thermal treatment by pulses of one second duration is one of the feasible methods of improving the silicon surface properties. The purpose of this work is to explore the impact of fast thermal treatment resulting in solid state recrystallization of mechanically disrupted layer on generation of fixed charge in SiO2 at thermal oxidation of silicon. The results of studying P-doped electron silicon (KEF 4.5) and B-doped hole silicon (BDS 12) hole-type silicon of orientation <100> diameter 100 mm after chemical and mechanical polishing are provided. By the method of voltage-capacitance characteristic the flat zones voltage and charge density on the boundary of “silicon – silicon dioxide” were determined and by the method of scanning probe electrometry the surface distribution of these characteristic prior and after fast thermal treatment was determined. It has been ascertained that fast thermal treatment on silicon wafers KEF 4.5 and BDS 12 of orientation <100> due to solid state recrystallization of mechanically disrupted layer shall bring about 1.5 times decrease in surface potential along wafers area and residual fixed charge in silicon dioxide.

подзатворный диэлектрикфиксированный зарядбыстрая термообработкавольт-фарадная характеристикаповерхностный потенциалтвердофазная рекристаллизациямеждоузельный атом кремнияgate dielectricfixed chargerapid heat treatmentvoltage-capacitance characteristicsurface potentialsolid-state recrystallizationinterstitial atom of siliconReferencesСолодуха, В. А. Основы силовой электроники / В. А. Солодуха [и др.]. М.: Техносфера, 2019. 424 с.Solodukha В. А., Pilipenko V. A., Belous A. I., Efimenko S. А. (2019) Fundamentals of Power Electronics. Moscow, Technosphera Publ. 424 (in Russian).Харченко, В. А. Проблемы надежности электронных компонент / В. А. Харченко // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2015. Т. 18, № 1. С. 52–57.Kharchenko V. A. (2015) Problems of Reliability of Electronic Components. News of Universities. Materials of Electronic Devices. 18 (1), 52–57 (in Russian).Deal, B. E. Standardized Terminology for Oxide Charges Associated with Thermally Oxidized Silicon / B. E. Deal // IEEE Trans. Electron Devices. 1980. Vol. ED-27. P. 606–610.Deal B. E. (1980) Standardized Terminology for Oxide Charges Associated with Thermally Oxidized Silicon. IEEE Trans. Electron Devices. ED-27, 606–610.Красников, Г. Я. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП-транзисторов. В 2 ч. / Г. Я. Красников. М.: Техносфера, 2002. Ч. 1. 416 с.Krasnikov G. Y. (2002) Architectural and Technological Peculiarities of Submicron MOS Transistors. Part 1. Moscow, Technosphera Publ. 416 (in Russian).Александров, О. В. Модель образования фиксированного заряда в термическом диоксиде кремния / О. В. Александров, А. И. Дусь // Физика и техника полупроводников. 2011. Т. 45, вып. 4. С. 474–480.Alexandrov O. V., Duss A. I. (2011) Model of Generation of Fixed Charge in Thermal Silicon Dioxide. Physics and Technology of Semiconductors. 45 (4), 474–480 (in Russian).Контроль дефектов структуры кремний–диэлектрик на основе анализа пространственного распределения потенциала по поверхности полупроводниковых пластин / Р. И. Воробей [и др.] // Приборы и методы измерений. 2013. Т. 7, № 2. С. 67–72.Vorobei R. I., Zharin A. L., Gussev O. К., Petlitsky A. N., Pilipenko V. А., Turtsevich А. S., Tiavlovski A. К., Tiavlovski K. L. (2013) Defects Inspection of Silicon-Insulator Structure Based on the Analysis of Spatial Potential Distribution on the Surface of Semiconductor. Devices and Measurement Methods. 7 (2), 67–72 (in Russian).Базовые технологические процессы изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на кремнии. В 3 т. / О. Ю. Наливайко [и др.]; под. ред. А. С. Турцевича. Минск: Интегралпо лиграф, 2013. Т. 1. 704 с.Nalivaiko О. Y., Solodukha V. А., Pilipenko V. А. [et al.] (2013) Essential Technological Processes of Semiconductor Devices Fabrication and Integral Microcircuits on Silicon. Vol. 1. Minsk, Integralpoligraph Publ. 704 (in Russian).Инновационные технологии и оборудование микроэлектронного производства / А. П. Достанко [и др.]; под ред. А. П. Достанко. Минск: Белар. навука, 2020. 283 с.Dostanko А. P. [et al.] (2020) Innovative Technologies and Equipment for Microelectronic Production. Academician of National Academy of Sciences of the Republic of Belarus. Minsk, Belaruskaya Navuka Publ. 283 (in Russian).Твердофазная рекристаллизация механически нарушенного слоя кремния при быстрой термообработке / В. А. Пилипенко [и др.] // Доклады НАН Беларуси. 2018. Т. 62, № 3. С. 347–352.Pilipenko V. А., Solodukha V. А., Gorushko V. А., Omelchenko А. А. (2018) Solid-State Reсrystallization of Mechanically Disrupted Layer of Silicon at Fast Thermal Treatment. Scholarly Papers of the National Academy of Sciences of the Republic of Belarus. 62 (3), 347–352 (in Russian).

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