Зарядовые свойства тонких подзатворных диэлектриков, полученных методом быстрой термообработки

  • Наталья Станиславовна Ковальчук «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Юлия Александровна Марудо «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Анна Александровна Омельченко «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Александрович Пилипенко «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Виталий Александрович Солодуха «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Сергей Александрович Демидович «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Владимирович Колос «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Виктор Михайлович Анищик Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Виктор Анатольевич Филипеня «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Викторович Шестовский «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-4259-3276
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-1-80-87

Аннотация

Исследованы зарядовые свойства полученных методом быстрой термообработки (БТО) тонких слоев диэлектриков и их границы раздела с кремнием для МОП-транзисторов. Формирование слоев производилось двух- либо трехстадийным процессом БТО с аналогичными для каждой стадии режимами фотонной обработки (длительность – 12 с, максимальная температура – 1250 °С). Установлено, что у оксидов затвора, полученных двухстадийным процессом БТО в атмосфере кислорода, после проведения третьей стадии обработки в атмосфере азота происходят частичная ликвидация дефектов, ответственных за локальные зарядовые центры, и рост относительного значения поверхностного потенциала в среднем на 100 отн. ед. Ликвидация дефектов является следствием перестройки структуры диэлектрика и его границы с кремнием, а также диффузии атомов кислорода и кремния вдоль границ раздела слоя изолятора. Для образцов, полученных двухстадийным процессом БТО в атмосфере кислорода, после проведения третьей стадии обработки в формовочном газе наблюдаются практически полная ликвидация локальных зарядовых центров и рост относительной величины поверхностного потенциала в среднем на 300 отн. ед. В данном случае, помимо процессов, происходящих при обработке SiO2 методом БТО в атмосфере азота, ликвидацию зарядовых центров обусловливает пассивация дефектов атомами водорода.

Биографии авторов

Наталья Станиславовна Ковальчук, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук, доцент; заместитель главного инженера

Юлия Александровна Марудо, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

инженер государственного центра «Белмикроанализ» филиала НТЦ «Белмикросистемы»

Анна Александровна Омельченко, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

инженер государственного центра «Белмикроанализ» филиала НТЦ «Белмикросистемы»

Владимир Александрович Пилипенко, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор; заместитель директора по научному развитию государственного центра «Белмикроанализ» филиала НТЦ «Белмикросистемы»

Виталий Александрович Солодуха, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

доктор технических наук; генеральный директор

Сергей Александрович Демидович, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

ведущий инженер отраслевой лаборатории новых технологий и материалов

Владимир Владимирович Колос, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; начальник отраслевой лаборатории новых технологий и материалов

Виктор Михайлович Анищик, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры физики твердого тела физического факультета

Виктор Анатольевич Филипеня, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

ведущий инженер государственного центра «Белмикроанализ» филиала НТЦ «Белмикросистемы»

Дмитрий Викторович Шестовский, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121А, 220108, г. Минск, Беларусь

инженер-технолог отдела перспективных технологических процессов

Литература

  1. Ahopelto J, Ardila G, Baldi L, Balestra F, Belot D, Fagas G, et al. NanoElectronics Roadmap for Europe: from nanodevices and innovative materials to system integration. Solid-State Electronics. 2019;155:7–19. DOI: 10.1016/j.sse.2019.03.014.
  2. Balestra F. Challenges for high performance and very low power operation at the end of the Roadmap. Solid-State Electronics. 2019;155:27–31. DOI: 10.1016/j.sse.2019.03.011.
  3. Omura Y, Mallik A, Matsuo N. MOS devices for low-voltage and low-energy applications. Singapore: John Wiley & Sons; 2017. 496 p.
  4. Deleonibus S, editor. Electronic device architectures for the nano-CMOS era: from ultimate CMOS scaling to beyond CMOS devices. Boca Raton: CRC Press; 2009. 426 p.
  5. Borisenko VE, Hesketh PJ. Rapid thermal processing of semiconductors. New York: Springer Science + Business Media; 1997. XXII, 358 p. (Microdevices: physics and fabrication technologies).
  6. Fair RB, editor. Rapid thermal processing: science and technology. Boston: Academic Press; 1993. VIII, 430 p.
  7. Krasnikov GYa. Konstruktivno-tekhnologicheskie osobennosti submikronnykh MOP-tranzistorov [Design and technological features of submicron MOS transistors]. 2nd edition. Moscow: Tekhnosfera; 2011. 799 p. Russian.
  8. Hu GQ, Lu J, Shen JY, Xu XP. Surface characterization of silicon wafers polished by three different methods. Key Engineering Materials. 2011;487:233–237. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.487.233.
  9. Nalivaiko OYu, Saladukha VA, Pilipenka UA, Kolos VV, Belous AI, Lipinskaya TI, et al. Bazovye tekhnologicheskie protsessy izgotovleniya poluprovodnikovykh priborov i integral’nykh mikroskhem na kremnii. Tom 1 [Basic technological processes for the manufacture of semiconductor devices and integrated microcircuits on silicon. Volume 1]. Turtsevich AS, editor. Minck: Integralpoligraf; 2013. 703 p. Russian.
  10. Doering R, Nishi Y, editors. Handbook of semiconductor manufacturing technology. 2nd edition. Воса Raton: CRC Press; 2008. 1720 p.
  11. Reinhardt KA, Reidy RF, editors. Handbook for cleaning for semiconductor manufacturing: fundamentals and applications. Hoboken: John Wiley & Sons; 2011. 614 p. Co-published by the Scrivener Publishing LLC.
  12. Pilipenko VA, Saladukha VA, Filipenya VA, Vorobey RI, Gusev OK, Zharin AL, et al. Characterization of the electrophysical properties of silicon – silicon dioxide interface using probe electrometry methods. Devices and Methods of Measurements. 2017;8(4):344–356. Russian.
  13. Kovalchuk NS, Omelchenko AA, Pilipenko VA, Solodukha VA, Shestovski DV. Formation of a gate dielectric of nanometer thickness by rapid thermal treatment. Doklady BGUIR. 2021;19(4):103–112. Russian. DOI: 10.35596/1729-7648-2021-19-4-103-112.
  14. Gritsenko VA. Atomic structure of the amorphous nonstoichiometric silicon oxides and nitrides. Uspekhi fizicheskikh nauk. 2008;178(7):727–737. Russian. DOI: 10.3367/UFNr.0178.200807c.0727.
  15. Xiaoge Gregory Zhang. Electrochemistry of silicon and its oxide. Boston: Springer Science + Business Media; 2001. XXVI, 510 p. DOI: 10.1007/b100331.
  16. Rodionov YuA. Tekhnologicheskie protsessy v mikro- i nanoelektronike [Technological processes in micro- and nanoelectronics]. Moscow: Infra-Inzheneriya; 2019. 353 p. Russian.
  17. Takahagi T, Sakaue H, Shingubara S. Adsorbed water on a silicon wafer surface exposed to atmosphere. Japanese Journal of Applied Physics. 2001;40(11R):6198–6201. DOI: 10.1143/JJAP.40.6198.
  18. CarimAH, Sinclair R. The evolution of Si/SiO2 interface roughness. Journal of the Electrochemical Society. 1987;134(3):741–746.
  19. Odzaev VB, Panfilenka AK, Pyatlitski AN, Prasalovich US, Kovalchuk NS, Soloviev YaA, et al. Influence of nitrogen ion implantation on the electrophysical properties of the gate dielectric of power MOSFETs. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2020;3:55–64. Russian. DOI: 10.33581/2520-2243-2020-3-55-64.
  20. Nalwa HS, editor. Handbook of surfaces and interfaces of materials. San Diego: Academic Press; 2001. 5 volumes.
  21. Fleetwood DM. Border traps and bias-temperature instabilities in MOS devices. Microelectronics Reliability. 2018;80:266–277. DOI: 10.1016/j.microrel.2017.11.007.
  22. Grasser T, editor. Noise in nanoscale semiconductor devices. Cham: Springer Nature; 2020. VI, 729 p.
Опубликован
2022-01-28
Ключевые слова: подзатворный диэлектрик, быстрая термообработка, трехстадийный процесс, поверхностный потенциал
Как цитировать
Ковальчук, Н. С., Марудо, Ю. А., Омельченко, А. А., Пилипенко, В. А., Солодуха, В. А., Демидович, С. А., Колос, В. В., Анищик, В. М., Филипеня, В. А., & Шестовский, Д. В. (2022). Зарядовые свойства тонких подзатворных диэлектриков, полученных методом быстрой термообработки. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 80-87. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-1-80-87
Выпуск
№ 1 (2022): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика и техника полупроводников

Copyright (c) 2022 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).