Электрофизические характеристики силовых МОП-транзисторов, дополнительно имплантированных ионами азота

  • Владимир Борисович Оджаев Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Николаевич Петлицкий Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Владислав Савельевич Просолович Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Наталья Станиславовна Ковальчук «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Ярослав Александрович Соловьев «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
  • Валентин Юльянович Явид Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Юрий Николаевич Янковский Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-3-81-92

Аннотация

Исследованы электрофизические характеристики силовых МОП-транзисторов, дополнительно имплантированных ионами азота. Ионная имплантация азота производилась через защитный оксид толщиной 23 нм с энергиями 20 и 40 кэВ и дозами 1 ⋅ 1013‒5 ⋅ 1014 см–2. Быстрый термический отжиг осуществлялся при температуре 900 или 1000 °С в течение 15 с. Установлено, что азотирование подзатворного диэлектрика позволяет уменьшить шумы токов утечки затвора и их дисперсию. При прямом порядке термообработки (сначала проведение быстрого термического отжига, а затем снятие защитного оксида) для образцов, изготовленных с дополнительной операцией ионной имплантации азота, отмечены увеличение порогового напряжения и уменьшение емкости подзатворного диэлектрика по сравнению с аналогичными параметрами контрольных образцов. Установлено, что при прямом порядке быстрого термического отжига использованные дозы ионной имплантации азота не вызывают существенных изменений максимального значения крутизны вольт-амперной характеристики. При этом во всех исследованных случаях происходит смещение максимального значения крутизны вольт-амперной характеристики в сторону бóльших значений напряжения на затворе. При обратном порядке термообработки (сначала снятие защитного оксида, а затем проведение быстрого термического отжига) существенных различий в величине порогового напряжения и максимальном значении крутизны вольт-амперной характеристики для образцов, созданных с дополнительной имплантацией азота, и контрольных образцов не обнаружено. Показано, что в диапазоне напряжений от – 0,15 до 0 В ток стока имплантированных азотом образцов, изготовленных с применением прямого порядка термообработки, превышает ток стока контрольных образцов, тогда как ток стока имплантированных азотом образцов при обратном порядке термообработки ниже тока стока контрольных образцов. Полученные результаты объясняются снижением плотности поверхностных состояний на границе раздела Si – SiO2 в МОП-структурах, созданных с использованием дополнительной операции ионной имплантации азота при прямом порядке термообработки.

Биографии авторов

Владимир Борисович Оджаев, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Александр Николаевич Петлицкий, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; директор государственного центра «Белмикроанализ» филиала НТЦ «Белмикросистемы»

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

кандидат технических наук, доцент; заместитель главного инженера

Ярослав Александрович Соловьев, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук, доцент; заместитель директора филиала «Транзистор»

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

инженер-технолог отдела перспективных технологических процессов

Валентин Юльянович Явид, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории спектроскопии полупроводников кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Юрий Николаевич Янковский, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории спектроскопии полупроводников кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Литература

  1. Odzaev VB, Pyatlitski AN, Prasalovich US, Turtsevich AS, Shvedau SV, Filipenia VA, et al. Influence of technological impurities on electrical parameters of MOS transistor. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-Technical Series. 2014;4:14–17. Russian.
  2. Krasnikov GYa. Konstruktivno-tekhnologicheskie osobennosti submikronnykh MOP-tranzistorov [Design and technological features of submicron MOS transistors]. 2nd edition. Moscow: Tekhnosfera; 2011. 800 p. Russian.
  3. Adam LS, Bowen C, Law ME. On implant-based multiple gate oxide schemes for system-on-chip integration. IEEE Transactions on Electron Devices. 2003;50(3):589–600. DOI: 10.1109/TED.2003.810473.
  4. Nam In-Ho; Sim Jae Sung; Hong Sung In; Park Byung-Gook; Lee Jong Duk; Lee Seung-Woo, et al. Ultrathin gate oxide grown on nitrogen-implanted silicon for deep submicron CMOS transistors. IEEE Transactions on Electron Devices. 2001;48(10):2310–2316. DOI: 10.1109/16.954470.
  5. Liu CT, Lloyd EJ, Ma Y, Du M, Opila RL, Hillenius SJ. High performance 0.2 μm CMOS with 25 Å gate oxide grown on nitrogen implanted Si substrates. In: IEEE International electron devices meeting – 1996. IEDM technical digest; 1996 December 8–11; San Francisco, California. [S. l.]: Institute of Electrical and Electronics Engineers; 1996. p. 499–502.
  6. Furukawa A, Abe Y, Shimizu S, Kuroi T, Tokuda Y, Inuishi М. Channel engineering in sub-quarter-micron MOSFETs using nitrogen implantation for low voltage operation. In: IEEE International electron devices meeting – 1996. IEDM technical digest; 1996 December 8–11; San Francisco, California. [S. l.]: Institute of Electrical and Electronics Engineers; 1996. p. 62–63.
  7. 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.
  8. Zhalud V, Kuleshov VN. Shumy v poluprovodnikovykh ustroistvakh [Noises in semiconductor devices]. Naryshkin AK, editor. Moscow: Sovetskoe radio; 1977. 416 p. Co-published by the SNTL (Prague). Russian.
  9. van der Ziel A. Noise: sources, characterization, measurement. Englewood Cliffs: Prentice – Hall Inc.; 1970. VIII, 184 p. Russian edition: van der Ziel A. Shum: istochniki, opisanie, izmerenie. Kuleshov VN, Tsarapkin DP, translators; Naryshkin AK, editor. Moscow: Sovetskoe radio; 1973. 228 p.
  10. Liu CT, Misra D, Cheung KP, Alers GB, Chang CP, Colonell JI, et al. Reduced 1/f noise and gm degradation for sub-0.25 μm MOSFETs with 25 angstroms – 50 angstroms gate oxides grown on nitrogen implanted Si substrates. In: 1997 55 th annual device research conference digest; 1997 June 23–25; Fort Collins, USA. [S. l.]: Institute of Electrical and Electronics Engineers; 1997. p. 124–125. DOI: 10.1109/DRC.1997.612498.
  11. D’Souza S, Hwang L-M, Matloubian M, Martin S, Sherman P, Joshi A, et al. 1/f Noise characterization of deep sub-micron dual thickness nitrided gate oxide n- and p-MOSFETs. In: International electron devices meeting 1999. Technical digest (cat. No. 99CH36318); 1999 December 5–8; Washington, USA. [S. l.]: Institute of Electrical and Electronics Engineers; 1999. p. 839–842. DOI: 10.1109/ IEDM.1999.824280.
  12. Sze SM, Lee MK. Semiconductor devices: physics and technology. 3rd edition. New York: John Wiley & Sons; 2012. IX, 578 p.
  13. Denisenko V. [New physical effects in nanometric MOSFETs]. Components & Technologies. 2009;12:157–162. Russian.
  14. Galup-Montoro C, Schneider MC. MOSFET modeling for circuit analysis and design. Singapore: World Scientific; 2007. XXIV, 420 p. (International series on advances in solid state electronics and technology).
Опубликован
2022-09-29
Ключевые слова: подзатворный диэлектрик, ионная имплантация, ионы азота, силовые МОП-транзисторы
Как цитировать
Оджаев, В. Б., Петлицкий, А. Н., Просолович, В. С., Ковальчук, Н. С., Соловьев, Я. А., Шестовский, Д. В., Явид, В. Ю., & Янковский, Ю. Н. (2022). Электрофизические характеристики силовых МОП-транзисторов, дополнительно имплантированных ионами азота. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 81-92. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-3-81-92
Выпуск
№ 3 (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).