bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2024-22-3-21-27bsuir-3927Research ArticleСтатьиВлияние рекристаллизации механически нарушенного слоя с рабочей стороны кремниевой пластины на электрические параметры КМОП интегральных микросхемImpact Produced by Recrystallization of Mechanically Destroyed Layer on Planar Side of Silicon Wafer Upon Electrical Parameters of CMOS MicrocircuitsПилипенкоВ. А.PilipenkaU. A.

чл.-корр. НАН Беларуси, д-р техн. наук, проф., зам. дир. по науч. развитию гос. центра «Белмикроанализ»

220108, г. Минск, ул. Казинца, 121а

Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. of Sci. (Tech.), Professor, Deputy Director for Scientific Development of the State Center “Belmicroanalysis”

220108, Minsk, Kazintsa St., 121а

СолодухаВ. А.SaladukhaV. A.

д-р техн. наук, зав. центром микро- и радиоэлектроники

г. Минск

Dr. of Sci. (Tech.), Head of the Center of Micro- and Radioelectronics

Minsk

СергейчикА. А.SiarheichykH. A.

Сергейчик Анна Александровна, вед. инж. гос. центра «Белмикроанализ»

220108, г. Минск, ул. Казинца, 121а

Тел.: +375 29 999-30-21

Siarheichyk Hanna Alyaksandrayna, Leading Engineer at the State Center “Belmicroanalysis”

220108, Minsk, Kazintsa St., 121а

Tel.: +375 29 999-30-21

anna.omelchenko.13177@mail.ruШестовскийД. В.ShestouskiD. U.

вед. инж.-техн. отдела перспективных  технологических процессов

220108, г. Минск, ул. Казинца, 121а

Leading  Engineer-Technologist at the Advanced Technological Processes Department

220108, Minsk, Kazintsa St., 121а

ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»JSC “INTEGRAL” – Manager Holding Company “INTEGRAL”ГНПО «Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника» Национальной академии наук БеларусиSSPA “Optics, Optoelectronics, and Laser Technology” of the National Academy of Sciences2024230620242232127Copyright © Пилипенко В.А., Солодуха В.А., Сергейчик А.А., Шестовский Д.В., 20242024Пилипенко В.А., Солодуха В.А., Сергейчик А.А., Шестовский Д.В.Pilipenka U.A., Saladukha V.A., Siarheichyk H.A., Shestouski D.U.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/3927

Установлено влияние рекристаллизации механически нарушенного слоя на рабочей стороне пластины кремния с применением быстрой термической обработки (1000  °С, 20 с) на электрические параметры комплементарных металл-окисел-полупроводниковых микросхем. В качестве анализируемых характеристик n- и  p-канальных транзисторов были выбраны: ток стока от напряжения на затворе при   диодном включении; выходные характеристики при различных напряжениях на затворе; ток стока от напряжения на стоке без подачи потенциала на затвор; процент выхода годных изделий. Сравнение данных параметров проводили с микросхемами, изготовленными по стандартной технологии. Анализ результатов показал, что быстрая термическая обработка исходных кремниевых пластин позволяет значительно улучшить вышеуказанные характеристики  n-канальных металл-окисел-полупроводниковых (n-МОП) и р-канальных  металл-окисел-полупроводниковых  (р-МОП)  транзисторов  за  счет  снижения  фиксированного заряда в подзатворном диэлектрике, полученном пирогенным окислением кремния. Это дает возможность повысить качество выпускаемых комплементарных металл-окисел-полупроводниковых микросхем и увеличить процент выхода годных изделий с 74,38 до 77,53 %.

The influence of recrystallization of a mechanically damaged layer on the working side of a silicon wafer using rapid heat treatment (1000 °C, 20 s) on the electrical parameters of complementary metal-oxide-semiconductor microcircuits has been established. The analyzed characteristics of  n- and  p-channel transistors were selected: drain current from the gate voltage when diode-connected; output characteristics at various gate voltages; drain current from the drain voltage without applying potential to the gate; percentage of yield of suitable products. These parameters were compared with microcircuits manufactured using standard technology. Analysis of  the results showed that rapid thermal treatment of the original silicon wafers can significantly improve the above characteristics  of  n-channel  metal-oxide-semiconductor  ( n-MOS)  and  p-channel  metal-oxide-semiconductor (p-MOS) transistors by reducing the fixed charge in gate dielectric obtained by pyrogenic oxidation of silicon. This makes it possible to improve the quality of manufactured complementary metal-oxide-semiconductor  microcircuits and  increase the percentage of yield of suitable products from 74.38 to 77.53 %.

быстрая термическая обработкаподзатворный диэлектрикфиксированный заряд в диэлектрикевольт-амперные характеристикиn- и p-канальные металл-окисел-полупроводниковые транзисторыrapid thermal treatmentgate dielectricfixed charge in dielectricvoltage current characteristicsn- and p-channel metal-oxide-semiconductor transistorsReferencesТехнология СБИС. В 2 т. / Под ред. С. М. Зи. М.: Мир, 1986. Т. 1.Zee S. M. (ed.) (1986) LSIIC Technology. In 2 Vol. Moscow, Mir Publ. Vol. 1 (in Russian).Красников, Г. Я. Физико-технологические основы обеспечения качества СБИС. Ч. 2 / Г. Я. Красников, Н. А. Зайцев. М.: Микрон-принт, 1999.Krasnikov G. Y., Zaitsev N. А. (1999) Physical and Technological Fundamentals of LSIIC Quality Management . Part 2. Moscow, Micron-Print Publ. (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: Интеграл-полиграф, 2013. Т. 1.Nalivaiko O. Yu., Solodukha V. A., Pilipenko V. A., Kolos V. V., Belous A. I., Chelyadinsky A. R., et al. (2013) Basic Technological Processes for Production of Semiconductor Devices and Silicon Integrated Microcircuits. In 3 Vol. Minsk, Integral-Poligraph, Publ. Vol. 1 (in Russian).Технология СБИС. В 2 т. / Под ред. С. М. Зи. М.: Мир, 1986. Т. 2.Zее S. M. (ed.) (1986) LSIIC Technology. In 2 Vol. Moscow, Mir Publ. Vol. 2 (in Russian).Анищик, В. М. Влияние быстрой термической обработки исходных кремниевых пластин на процесс их пирогенного окисления / В. М. Анищик [и др.] // Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2018. № 2. С. 81–85.Anishchik V. М., Gorushko V. А., Pilipenko V. А., Ponariadov V. V., Solodukha V. A. (2018) Impact Produced by Rapid Thermal Treatment on Source Silicon Wafers on the Process of Their Pyrogenic Oxidation. Journal of Belarusian State University. Physics . (2), 81–85 (in Russian).Influence of the Rapid Thermal Treatment of the Initial Silicon Wafers on the Electro-Physical Properties of Silicon Dioxide, Obtained with Pyrogenous Oxidation / V. Pilipenko [et al.] // High Temperature Material Processes. 2019. Vol. 23, No 4. Р. 283–290.Pilipenko V., Solodukha V., Zharin A., Gusev O., Vorobey R., Tyavlovsky A., et al. (2019) Influence of the Rapid Thermal Treatment of the Initial Silicon Wafers on the Electro-Physical Properties of Silicon Dioxide, Obtained with Pyrogenous Oxidation. High Temperature Material Processes. 23 (4), 283–290.Пилипенко, В. А. Механизм формирования фиксированного заряда в слое SiO2 , полученном термическим окислением кремния / В. А. Пилипенко, А. А. Омельченко // Доклады БГУИР. 2023. Т. 21, № 4. С. 28–32. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2023-21-4-28-32.Pilipenko V. А., Omelchenko А. А. (2023) Mechanism of Fixed Charge Generation in SiO2 Layer Obtained by Thermal Oxidation of Silicon. Doklady BGUIR . 21 (4), 28–32. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2023-21-4-28-32 (in Russian).Твердофазная рекристаллизация механически нарушенного слоя кремния при быстрой термообработке / В. А. Пилипенко [и др.] // Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2018. Т. 62, № 3. С. 347–352.Pilipenko V. А., Solodukha V. А., Gorushko V. А., Omelchenko А. А. (2018) Solid Phase Reсrystallization of Mechanically Destroyed Silicon Layer at Rapid Thermal Treatment. Reports at National Academy of Sciences of the Republic of Belarus . 62 (3), 347–352 (in Russian).Recrystallization of Silicon During Rapid Thermal Treatment / V. Gorushko [et al.] // Przeglad Electro techniczny. 2018. Vol. 94, No 5. Р. 196–198.Gorushko V., Omelchenko A., Pilipenko V., Solodukha V. (2018) Recrystallization of Silicon During Rapid Thermal Treatment. Przeglad Electrotechniczny . 94 (5), 196–198.Спектральная эллипсометрия как метод изучения влияния быстрой термообработки кремниевых пластин на их оптические характеристики / В. А. Солодуха [и др.] // Приборы и методы измерений. 2022. Т. 13, № 3. С. 190–207.Solodukha V. А., Pilipenko V. А., Omelchenko А. А., Shestovski D. V. (2022) Spectral Ellipsometry as a Method of Studying the Influence of Rapid Thermal Treatment of Silicon Wafers on Their Optical Properties . Devices and Measurement Methods. 13 (3), 190–207 (in Russian).Инновационные технологии и оборудование субмикронной электроники / А. П. Достанко [и др.]. Минск: Белар. навука, 2020.Dostanko A. P., Avakov S. M., Golosov D. A., Emelyanov V. V., Zavadsky S. M., Kolos V. V., et al. (2020) Innovation Technologies and Equipment for Submicron Electronics . Minsk, Belarussian Science Publ. (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.Aleksandrov О. V., Dus А. I. (2011) Model of Fixed Charge Formation in Thermal Si Dioxide. Physics and Technology of Semiconductors. 45 (4), 474–480 (in Russian).Характеризация электрофизических свойств границы раздела кремний-двуокись кремния с использованием методов зондовой электрометрии / В. А. Пилипенко [и др.] // Приборы и методы измерений. 2017. Т. 8, № 4. С. 344–356.Pilipenko V. A., Solodukha V. A., Filipenya V. A., Vorobey R. I., Gusev O. K., Zharin A. L., et al. (2017) Characterization of the Electrical Properties of the Silicon-Silicon Dioxide Interface Using Probe Electrometry Methods. Instruments and Measurement Methods . 8 (4), 344–356 (in Russian).

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