Влияние нитридизации оксида кремния импульсной фотонной обработкой на электрические параметры электронной компонентной базы КМОП интегральных схем

Изучено влияние нитридизации импульсной фотонной обработкой в среде азота слоев оксида кремния, полученных термическим окислением, на электрофизические характеристики транзисторов и конденсаторов со структурой металл–оксид–полупроводник. Слои оксида кремния толщиной 7,7 и 35,0 нм получали окислением подложек монокристаллического кремния в сухом кислороде. Нитридизацию слоев проводили путем нагрева подложек в среде азота до температуры 1150 °C в течение 7 с импульсом некогерентного излучения постоянной мощности от кварцевых галогенных ламп, направленным на нерабочую сторону кремниевой подложки. При исследовании вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик на тестовых элементах со структурой металл–оксид–полупроводник установлено, что нитридизация импульсной фотонной обработкой приводит в результате перестройки структуры оксидного слоя, его уплотнения, а также снижения плотности зарядовых состояний от 1,5 до 4 раз к уменьшению тока утечки затвора от 3,3 до 7 раз, увеличению напряжения пробоя затвора в 1,05 раза, уменьшению сдвига порогового напряжения при термополевых испытаниях от 1,3 до 1,6 раза и к увеличению заряда пробоя на 9–13 %. Полученные результаты могут быть использованы на предприятиях микроэлектронной отрасли при изготовлении изделий электронной техники со структурами металл–оксид–полупроводник.

1. Doering, R. Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology, 2nd ed. / R. Doering, Y. Nishi. NY: CRC Press, 2007. https://doi.org/10.1201/9781420017663.

2. Improvement in Hot Carrier Lifetime as a Function of N2 Ion Implantation Before Gate Oxide Growth in Deep Submicron NMOS Devices / F. J. Guarin [et al.] // IEEE Electron Device Letters. 1999. Vol. 20, No 12. Р. 602–604. https://doi.org/10.1109/55.806098.

3. Adam, L.S. On Implant-Based Multiple Gate Oxide Schemes for System-On-Chip Integration / L. S. Adam, C. Bowen, M. E. Law // IEEE Transactions on Electron Devices. 2003. Vol. 50, No 3. P. 589–600. https://doi.org/10.1109/TED.2003.810473.

4. The Effects of Implanted Nitrogen on Diffusion of Boron and Evolution of Extended Defects / H. Park [et al.] // Materials Research Society Symposium Proceedings. 1997. Vol. 469. P. 425–430. https://doi.org/10.1557/PROC-469-425.

5. Pilipenko, V. A. Influence of Fast Thermal Treatment on the Electrophysical Properties of Silicon Dioxide / V. A. Pilipenko, V. A. Solodukha, V. A. Gorushko // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2018. Vol. 91, No 5. P. 1337–1341. https://doi.org/10.1007/s10891-018-1866-0.

6. Ковальчук, Н. С. Влияние импульсной фотонной обработки в среде азота на оптические и электрофизические характеристики слоев двуокиси кремния и ее границы с кремнием / Н. С. Ковальчук, В. А. Пилипенко, Я. А. Соловьёв // Доклады БГУИР. 2025. Т. 23, № 3. С. 5–11. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2025-23-3-5-11.

7. Механизм нитридизации слоев диоксида кремния при импульсной фотонной обработке в азотной атмосфере / В. А. Пилипенко [и др.] // Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2025. № 2. С. 68–79.

8. Ковальчук, Н. С. Влияние импульсной фотонной обработки в среде азота на надежность подзатворного оксида кремния, полученного пирогенным окислением / Н. С. Ковальчук, В. А. Пилипенко, Я. А. Соловьёв // Приборы и методы измерений. 2025. Т. 16, № 3. С. 275–280. http://dx.doi.org/10.21122/2220-9506-2025-16-3-275-280.

9. Белоус, А. И. Тестовые структуры в системах управления качеством интегральных микросхем / А. И. Белоус, А. В. Емельянов, Г. Г. Чигирь. Минск: Интегралполиграф, 2008.