Моделирование влияния температурных режимов технологического процесса изготовления интегральных микросхем на их радиационную стойкость

• Автор: Гришаков, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ДЕФЕКТЫ В ПЛЕНКАХ ОКСИДА КРЕМНИЯ

1.1. Точечные дефекты

1.1.1. Структура и дефекты пленки i2.

1.1.2. Собственные сеточные дефекты в полиморфном оксиде кремния

1.1.3. Группа дефектов, отнесенных к кислородным.

1.1.4. Группа дефектов, отнесенных к собственным кремниевым дефектам

1.1.5. Комплексные дефекты в полиморфном i

1.1.6. Примесные точечные дефекты в полиморфных материалах.

1.1.7. Методы исследования.

1.2. Крупные дефекты.
1.2.1. Поры
1.2.2. Скрытые дефекты.
Выводы.
Глава 2. исследование образования и отжига
ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ ПЛЕНОК ОКСИДА КРЕМНИЯ
2.1. Модель распределения захваченного заряда в оксидной пленке
2.1.1. Качественная модель зарядки точечных дефектов при воздействии ионизирующего излучения
2.1.2. Определение концентрации точечных дефектов оксида кремния
2.1.3. Пример расчета концентрации дефектов оксидной пленки.
2.2. Математическая модель образованияотжига точечных дефектов в слое оксида кремния при изготовлении ИМС.
2.2.1. Математическая модель образования дефектов в процессе роста оксида
2.2.2. Математическая модель образования и отжига дефектов в процессе термообработок.
Содержание
2.3. Пример прогнозирования концентрации точечных дефектов в слое подзатворного диэлектрика мощного
пМОП транзистора.
2.3.1. Расчет концентрации дефектов в оксидных пленках по экспериментальным данным1
2.3.2. Расчет концентрации дефектов в оксидных пленках по технологическому маршруту их изготовления
2.4. Пример прогнозирования концентрации точечных дефектов в слое подзатворного и изолирующего диэлектриков в технологическом процессе изготовления КМОП ИМС
2.5. Сопоставление экспериментальных и расчетных
данных отжига тестовых МОП структур
Выводы.
Глава 3. исследование крупных дефектов в
ПЛЕНКАХ ОКСИДА КРЕМНИЯ.
3.1. Модель накопления заряда в крупом дефекте
3.1.1. Описание и результаты эксперимента
3.1.2. Обработка результатов эксперимента
3.1.3. Модель накопления заряда в макродефекте.
3.1.4. Причины появления макродефектов в оксидных пленках
3.2. Влияние температурных режимов изготовления ИМС на крупные дефекты в оксидных пленках
3.2.1. Методы исследования
3.2.2. Методика обработки экспериментальных данных.
3.2.3. Результаты исследования
3.2.4. Анализ полученных результатов
3.3. Примеры проявления крупных дефектов в элементах ИМС.
3.3.1. Пострадиационный эффект в ИМС.
3.3.2. Связь между обратным током рп перехода и заряженным макродефектом
3.3.3. Описание и результаты эксперимента.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В настоящей диссертации впервые предложена математическая модель влияния температурных режимов технологического процесса изготовления ИМС на концентрацию точечных дефектов в объеме оксидных пленок, учитывающая не только непосредственно температуру процесса, но и что очень важно его длительность. При разработке данной модели проводился анализ процессов образования и отжига дефектов при окислении и термообработках по результатам изменения сдвига порогового напряжения МОП структур после облучения. В ходе выполнения данного анализа для оксидных пленок толщиной > нм, была решена задача пересчета величины сдвига порогового напряжения МОП транзисторов в концентрацию дефектов подзатворной оксидной пленки. Для этого предложена модель распределения захваченного заряда в оксидной пленке при облучении. С использованием данной модели по результатам измерения дозовых зависимостей сдвига порогового напряжения МОП транзисторов впервые стало возможно определение общей концентрации дефектов в подзатворном диэлектрике, а не только заряженных, как в большинстве существующих моделей. Кроме точечных дефектов, в диссертационной работе исследовались и макродефекты. Эти дефекты являются потенциальным источником отказа ИМС, так как они не выявляются обычными способами отбраковки, но очень сильно влияют на их характеристики после облучения и последующей термообработки. В данной диссертации предложена оригинальная модель, объясняющая ПРЭ в элементах ИМС наличием макродефекта в оксиде кремния. В результате анализа экспериментальных данных было установлено, что макродефект представляет собой разу порядочен ну ю область, расположенную вблизи середины оксидной пленки с концентрацией дефектов порядка ,9см' скорость накопления заряда в макродефекте зависит от постоянной отжига заряда в точечных дефектах. Энергия активации процесса отжига заряда из макродефекта равна 1,6эВ, а энергия активации процесса зарядки - 0,эВ. В ходе выполнения диссертационной работы оценивалось влияние термообработок на характеристики макродефсктов и было установлено, что термообработки не влияют на концентрацию точечных дефектов в макродефекте, но, возможно, влияют на его пространственную протяженность. В настоящей диссертации впервые предложено связывать появление макродефектов в оксидных пленках не с наличием механических повреждений или загрязнений на поверхности пластин, а с СОР (crystal originated particles) дефектами. Из анализа литературных данных установлено, что полностью избавиться от СОР дефектов практически невозможно. Применение высокотемпературного отжига приводит только к отжигу СОР дефектов на поверхности пластины, но в объеме полупроводника они остаются, т. ИМС. Зная технологический маршрут изготовления интересующей нас ИМС, можно рассчитать концентрацию дефектов в объеме оксида и предсказать сдвиги пороговых напряжений МОП транзисторов, не проводя дорогостоящие испытания. Кроме того, еще до начала производства полупроводникового изделия можно оценить качество технологического маршрута, предлагаемого для изготовления ИМС. Достоверность разработанной модели подтверждена на серийно выпускаемых мощных транзисторах ВЗПП. Ошибка в результате между экспериментом и расчетом составила менее %. Кроме того, в ходе выполнения диссертационной работы установлена причина появления макродефектов и показано, что термообработки не влияют на концентрацию точечных дефектов в макро-дефекте. Знание причины, вызывающей образование макродефектов, позволяет налагать определенные требования на используемые для изготовления радиационностойких ИМС материалы. В соответствии с разработанной моделью накопления заряда в макродефекте предложено минимизировать их влияния на параметры ИМС за счет уменьшения концентрации точечных дефектов. Эти особенности макродефектов несомненно необходимо учитывать при проектировании и производстве радиациониостойких ИМС. Разработанные математические модели образования дефектов оксида кремния в технологическом процессе изготовления планарных ИМС использовались в НИИ “Электронной техники”, что позволило определить величины концентраций дефектов, возникающих в оксиде кремния на различных стадиях технологического процесса, и оценить показатели надежности и стойкости ИМС уже на стадии разработки.