Влияние быстрой термической обработки подзатворного диэлектрика на параметры микросхем временных устройств

Работа посвящена исследованию влияния быстрой термической обработки подзатворного диэлектрика при температуре ~1100 °С на электрические параметры программируемого временного устройства с коррекцией 512ПС8. В качестве анализируемых параметров данной микросхемы были выбраны пробивное напряжение, ток утечки затвора, величина заряда пробоя подзатворного диэлектрика, а также проведены его термополевые испытания. Пробивное напряжение р-канального тестового транзистора измерялось путем подачи линейной развертки напряжения от 0 до —100 В с шагом -0,5 В при заземленных стоке и истоке. Ток утечки затвора I_{з ут} определялся при напряжении затвора -20 В. Для оценки зарядовых свойств подзатворного диэлектрика приборов проводились термополевые испытания. Для оценки качества и надежности подзатворного диэлектрика проводился контроль заряда пробоя (Q_bd). Показано, что быстрая термическая обработка подзатворного диэлектрика при температуре ~1100^оС в течение 7 с при наличии его на нерабочей стороне обеспечивает величину заряда пробоя 2,040 Кл/см², а при его отсутствии - 2,230 Кл/см², в то время как при стандартном процессе создания данной микросхемы эта величина составляет 1,230 Кл/см². Это означает, что наиболее эффективное влияние на повышение качества и надежности подзатворного диэлектрика оказывает его быстрая термообработка при отсутствии двуокиси кремния на нерабочей стороне пластины. Проведение такой обработки позволяет, по сравнению со стандартным процессом их изготовления, уменьшить ток утечки затвора в 5,29 раза, зарядовые состояния в 3,50 раза и повысить надежность в 1,07 раза р-канального транзистора, а для n-канального транзистора данные величины составляют 10,67, 3,50 и 1,81 раза соответственно. Установлено, что повышение надежности КМОП микросхем временных устройств при быстрой термообработке подзатворного диэлектрика обусловлено увеличением его заряда пробоя за счет формирования более совершенной микроструктуры диэлектрика, приводящей к перестройке зарядовых состояний как в его объеме, так и на границе с кремнием.

1. Акулин С.А., Бордаков Е.В. Методика контроля подвижного заряда в диэлектрических пленках. Электронная техника. 1978;3:24.

2. Буйко Л.Д., Овсянников В.А., Ухов В.А., Чигирь Г.Г. Исследование токов утечки биполярных микросхем, обусловленных обогащением поверхности полупроводника. Электронная техника. 1978;2:93.

3. Переведенцев А.В., Сопов О.В., Ногин В.М. Новое представление явлений нестабильности порогового напряжения МДП-транзистора при отрицательном напряжении затвора. Электронная техника. 1978;5:117.

4. Горбань А.П., Литовченко В.Г., Пейков П.Х. Влияние низкотемпературных обработок на электрические и рекомбинационные свойства систем кремний-двуокись кремния. Полупроводниковая техника и микроэлектроника. 1972;10:7.

5. Солодуха В.А., Пилипенко В.А., Белоус А.И., Ефименко С.А. Основы силовой электроники. Москва: Техносфера; 2019.

6. Солодуха В.А., Пилипенко В.А., Горушко В.А., Филипеня В.А. Влияние быстрой термической обработки подзатворного диэлектрика на параметры микросхем временных устройств. Современные информационные и электронные технологии Труды XX Международной научно-практической конференции. 2019;116-117.