Исследования электрофизических свойств тонких подзатворных диэлектриков, полученных методом быстрой термообработки

Проведены исследования электрофизических характеристик диэлектриков затвора, полученных методом быстрой термообработки двухстадийным и трехстадийным процессами. Каждая фотонная обработка (стадия) производилась в течение 12 с при постоянной мощности галогеновых ламп и нагреве пластин до максимальной температуры 1250 °С. Две первых стадии процесса проводились в атмосфере кислорода, третья – в азоте либо формовочном газе. Установлено, что для диэлектриков, полученных процессом с заключительной обработкой в атмосфере азота, абсолютная величина напряжения плоских зон на 0,42 В меньше, чем для диэлектриков, сформированных двухстадийным процессом. Это является следствием ликвидации значительной части дефектов, ответственных за наличие кулоновских центров в слое диэлектрика. Проведение фотонной обработки в атмосфере азота при высоких температурах способствует протеканию процессов перестройки структуры слоя диэлектрика. Для изоляторов, полученных трехстадийным процессом с заключительной обработкой в N₂, по сравнению с диэлектриками, сформированными двухстадийным процессом, наблюдается увеличение электрической прочности и напряжения пробоя на 1 В и 3,3 МВ/см соответственно. Рост электрической прочности указывает на релаксацию упругих напряжений деформированных связей и компенсацию оборванных связей как в диэлектрике, так и на его границе с Si в процессе высокотемпературной фотонной обработки. Положительное влияние на прочность диэлектрика также будет оказывать пассивация атомами азота дефектов на границе раздела диэлектрик/полупроводник.

1. Deleonibus S. Electronic Devices Architectures for the NANO-CMOS Era. Boca Rotation: CRC Press; 2019.

2. Fair R.B. Rapid thermal processing: science and technology. Boston: Academic Press; 1993.

3. Borisenko V.E. Hesketh P.J. Rapid Thermal Processing of Semiconductors. New York: Springer Science+Business Media; 1997.

4. Красников Г.Я. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП-транзисторов. Москва: Техносфера; 2011.

5. Nishi Y., Doering R. Handbook of semiconductor manufacturing technology. Воса Raton: CRC press; 2008.

6. Ковальчук Н.С., Омельченко А.А., Пилипенко В.А. Формирование подзатворного диэлектрика нанометровой толщины методом быстрой термообработки. Доклады БГУИР. 2021;19(4):103-112. DOI: 10.35596/1729-7648-2021-19-4-103-112.

7. Sze S.M., Lee M.K. Semiconductor Devices: Physics and Technology. New York: John Wiley & Sons Singapore Pte. Limited; 2012.

8. Белоус А.И., Солодуха В.А., Шведов C.В. Космическая электроника. Книга 1. Москва: Техносфера; 2015.

9. Nalwa H.S. Handbook of surfaces and interfaces of materials, five-volume set. San Diego: Elsevier; 2001.

10. Fleetwood D.M. Border traps and bias-temperature instabilities in MOS devices. Microelectronics Reliability. 2018;80:266-277. DOI: 10.1016/j.microrel.2017.11.007.

11. Grasser T. Noise in Nanoscale Semiconductor Devices. Cham: Springer Nature; 2020.

12. Оджаев В.Б., Панфиленко А.К., Петлицкий А.Н. Влияние ионной имплантации азота на электрофизические свойства подзатворного диэлектрика силовых МОП-транзисторов. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2020;3:55-64. DOI: 10.33581/2520-2243-2020-3-55-64.

13. Vitiello М., Lopez N., Illas F., Pacchioni G. H2 Cracking at SiO2 Defect Centers. The Journal of Physical Chemistry A. 2000;104(20):4674-4684. DOI: 10.1021/jp993214f.

14. Cartier E., Buchanan D.A., Dunn G.J. Atomic hydrogen-induced interface degradation of reoxidized-nitrided silicon dioxide on silicon. Applied physics letters. 1994;64(7):901-903. DOI: 10.1063/1.110990.

15. Cezhou Z., Desheng Z., Baohua S. Hot carrier effect — model, mechanism and effects on CV and IV characteristics in MOS structures. Microelectronics Reliability. 1996;36(4):493-496. DOI: 10.1016/0026-2714(96)00172-2.