Механизмы влияния ионной имплантации кремния, германия и фтора на свойства композиций SiO2/Si при воздействии ионизирующего излучения

• Автор: Гуськова, Ольга Павловна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 1. СЛОИ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ В СОСТАВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИХ МОДИФИКАЦИЯ

1.1 Структура диоксида кремния

1Л Л Кристаллические модификации диоксида кремния

1 Л.2 Аморфная модификация диоксида кремния

1.2 Электрофизические свойства диоксида кремния

1.2.1 Типичные дефекты в объеме диоксида кремния и на фан и це раздела Si/SiO?

1.2.3 Процессы, протекающие в диоксиде кремния при воздействии ИИ.

1.2.4 Влияние способа получения слоев диоксида кремния на их свойства до и после воздействия ИИ
1.3 Влияние технологии изготовления структур КНИ на радиационно-индуцированные процессы
1.4 Модификация электрических свойств слоев диоксида кремния
Формулировка задач исследований
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО И ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Экспериментальные методы
2.1.1 Формирование тестовых структур
2.1.2 Использование метода фотолюминисценции для изучения дефектного состава неотоженных пленок диоксида кремния, имплантированных ионами Si+, Ge7, F+ до и после воздействия низкоэнергетического рентгеновского излучения
2.1.3 Использование метода ВИМС для нахождения профилей распределения имплантированных атомов в структурах КНИ
2.1.4 Использование метода ВЧ ВФХ для контроля процессов накопления заряда в диэлектрических слоях тестовых структур МОП
после воздействия ИИ
2.2 Теоретические методы
2.2.1 Квантово-химические методы
2.2.2 Приближения квантово-химических методов. Теория функционала плотности (DTT)
2.2.3 Решение уравнения Шредингера для периодических систем в обратном пространстве. Представление Фурье
2.2.4 Методика расчета энергетической плотности состояний для системы с дефектом
2.2.5 Вычислительные пакеты Quantum ESPRESSO и Gaussian
2.2.6 Метод Монте-Карло
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ П РОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СТРУКТУРАХ МОП С МОДИФИЦИРОВАННЫМ
ДИЭЛЕКТРИКОМ
3.1 Использование рентгеновского имитационного комплекса для исследования воздействия ионизирующего излучения на электрофизические и структурные свойства модифицированных имплантацией слоев диоксида кремния
3.2 Исследование имплантационных дефектов в диоксиде кремния методом фотолюминисценции
3.3 Исследование профилей распределения имплантированных ионов Si+,
Ge', F' методом ВИМС
3.4 Исследование электрофизических свойств диэлектрических слоев
тестовых структур МОП методом ВФХ
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВСТРАИВАНИЯ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ В СТРУКТУРУ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
4.1 Атомы фтора
4.2 Атомы кремния
4.3 Атомы германия
4.4 Моделирование формирования нанокластеров Si и Ge н матрице
диоксида кремния
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
А1- Структура входного файла в вычислительном комплексе Gaussian 03
А2-Структура входного файла в вычислительном комплексе QE
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВИМС -масс-спектроскопия вторичных ионов;
ВФХ - вольт-фарадная характеристика;
ВЧ ВФХ - высокочастотная вольт-фарадная характеристика;
КИИ - структуры кремний - на -изоляторе;
МОП - структуры метал - окисел — полупроводник;
ПАК - немостиковый атом кислорода;
НКД - нейтральная кислородная дивакансия;
НКМ - ней тральная кислородная моновакансия;
ИИ- ионизирующее излучение;
ИС - интегральные схемы;
ИМС - интегральные микросхемы;
ОПЗ - область пространственного заряда;
ППС-плотность поверхностных СОСТОЯНИЙ;
ПХТ —плазмохимическое травление;
11X0- плазмохимическое осаждение;
ФЛ-фотОЛЮМИНИСЦеНЦИЯ;
ФР - фоторезист;
BESOI (Bonded and back side Etched SOI ) - метод создания структур крем-ний-на-изоляторе; основанный на сращивании двух пластин кремния, одна из которых окислена и утончешшем одной из пластин шлифовкой и травлением;
Dele-Cut - метод создания структур кремний-на-изоляторе, основанный на сращивании пластин кремния с использованием метода водородного расслоения, вариант технологии Smart-Cut;
SIMOX - структуры кремпий-на-изоляторе, созданные имплантацией ионов кислорода в платину кремния с последующим высокотемпературным отжигом;

рогазовой смсси, невозможность целенаправленной локализации дефектных центров.
Альтернативным методом введения примесных атомов в структуру окиспой пленки является ионная имплантация. В частности, авторами 1251 рассмотрен способ модификации свойств скрытого и подзатворного диэлектриков в структурах МОП КНИ путем имплантации ионов фтора на границу кремпий-скрытый диэлектрик через активный слой кремния.
В [26], являющимся прототипом для [25], фторированный скрытый оксид с концентрацией фтора 1019-1022 см"3 используют для предотвращения появления токов утечки и подавления (drain-induced barrier lowering) DIBL эффекта.Эффект заключается в следующем: с ростом напряжения стока область обеднения распространяется к истоку, вследствие чего потенциальный барьер запирающего слоя на истоке снижается. Пороговое напряжение транзистора начинает зависеть от напряжения на стоке и тоже снижается.) 271.
Главным следствием D/SL-эффекта является то, что токи в подпороговой области начинают сильно зависеть от напряжения па стоке. Соответственно, статические токи утечки через закрытый транзистор становятся нестабильными (возрастают). Для приборов, работающих в режиме насыщения, /Ж?/..-эффект определяет выходное сопротивление. D/ДГ-эффскт подавляется, а электростатическое качество МОПТ улучшается, если уменьшается отношение толщины подзатворного окисла к длине канала dox/L и глубина залегания д>-«-персхода стока и истока, а также увеличивается уровень легирования подложки Na.
Недостатком способа является большая доза фтора, которая должна быть введена в скрытый оксид для получения заметного эффекта. При этом происходит повреждение верхнего активного слоя кремния, которое не восстанавливается после термических отжигов.
Известно, что присутствие атомов фтора в подзатворном окисле влияет на рабочие характеристики МОП-трапзисторов. Это влияние зави-