Свойства многослойных затворных структур МОП нанотранзисторов, на основе силицидов и диэлектриков с высоким ε, полученных методами магнетронного распыления и электронно-лучевого испарения

• Автор: Рогожин, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Новые транзисторные структуры и материалы для них. 1

1.1. Диэлектрические материалы для затворных структур

1.1.1. Общий обзор диэлектрических материалов

1.1.2. Диэлектрические материалы на основе циркония и гафния.

1.1.3. Слои гЮ2 и НЮ2, сформированные методом послойного осаждения из газовой фазы.

1.1.4. Слои ЪхОг и НЮ2, сформированные физическими методами осаждения.

1.2. Материалы для электрода затвора.

1.2.1. Общий обзор материалов для электрода затвора

1.2.2. Затворные структуры с ПБь, Со5ь и 1.

1.3. Формирование элементов транзисторов с помощью фазового расслоения
1.4. Анализ транзисторных структур.
1.4.1. Транзисторы с горизонтальным расположением канала.
1.4.1.1. КИИ транзисторы
1.4.1.2. Двухзатворные транзисторы
1.4.1.3. Транзисторы на узких балках ИпРЕТ
1.4.1.4. Транзисторы с переменной глубиной переходов
1.4.2. Транзисторы с вертикальным расположением канала.
Выводы.
Глава 2. Формирование затворных структур и методы их исследования
2.1. Формирование затворных структур.
2.1.1. Формирование затворных структур МеНЮ2 и МегЮ2 методом электроннолучевого испарения.
2.1.2. Формирование затворных структур для исследования процесса твердофазной диффузии в системе СоП.СоТЮ2.
2.2. Методы исследования структур
2.2.1. Методы вольтфарадных и вольтамперных характеристик V и IVмстрии
2.2.2. Резерфордовскос обратное рассеяние.
2.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия ПЭМ.
2.2.4. Вторичная ионная массспектрометрия ВИМС с времяпролетным массанализатором
Глава 3. Свойства затворных структур, сформированных методом электроннолучевого испарения
3.1. Влияние режима обработки подложек на свойства МОП структур
3.2. Электрофизические свойства затворных структур на основе и НЮ
3.3. Диэлектрическая проницаемость и влияние материала элекчрода на свойства затворных структур
3.4. Образование переходного слоя ix и структура пленок, при формировании с помощью электроннолучевого испарения.
3.5. Токи утечки и плотность зарядовых состояний на границе диэлектрикполупроводник в затворных структурах i и
i.
Выводы.
Глава 4. Формирование затворных структур iiiViVi методом твердофазной диффузии
4.1. Физическая модель процесса твердофазной диффузии в системе Соi .0ii2i.
4.1.1. Диффузия в металлических пленках, кремнии и оксидах
4.1.2. Химические реакции и начальные концентрации
4.2. Результаты моделирования процесса твердофазной диффузии в системе ii .iii
4.3. Результаты эксперимента по твердофазной диффузии в системе ii .iii
Глава 5. Вертикальный транзистор с управляемой глубиной переходов.
5.1. Структура и принцип работы прибора.
5.2. Динамические параметры прибора.
5.3. Маршрут изготовления транзистора.
5.4. Физическая модель прибора
5.4.1. Модели транспорта
5.4.2. Эффективные массы носителей и температурные зависимости ширины запрещенной зоны и подвижности
5.5. Результаты моделирования вертикального транзистора с управляемой глубиной переходов.
5.5.1 Результаты, полученные с помощью обычных моделей транспорта носителей заряда.
5.5.2. Результаты, полученные с помощью метода МонтеКарло
Выводы.
Заключение.
Список литературы


Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке затворных структур с металлическими электродами и материалами с высокой диэлектрической проницаемостью для МДП транзисторов с длиной канала менее нм. Продемонстрирована возможность формирования ультратонких слоев материалов с высокой диэлектрической проницаемостью с низкими значениями плотности зарядовых состояний на границе раздела с . Разработана технология, позволяющая существенно упростить процесс формирования затворных структур современных транзисторов. Предложена многозатворная структура МОП транзистора с длиной канала менее нм, которая может быть сформирована с помощью фотолитографии с длиной волны менее ЗООнм. При электроннолучевом испарении сверхтонких слоев толщиной менее 2нм диоксидов циркония к и гафния к в высоком вакууме на поверхности атомарно чистой или окисленной кремниевой подложки можно формировать границы раздела диэлектрик с низкой плотностью поверхностных состояний 4 Ю1 й см2. В процессе быстрого температурного отжига в четырехкомпонентной системе СоЛП. Образование в системе СоЛП. СоП8Ю2 в процессе отжига слоя ТЮ2 па границе ТЮ2 препятствует диффузии атомов кислорода в пленку ТьСо, не позволяя толщине диэлектрического слоя увеличиваться, что позволяет точно контролировать емкость полученных МОП сгуктур. Применение М1 югозатворной структуры, в которой дополнительные затворы контролируют динамические области стока и истока, и профиля распределения примесей с сильно легированными дельта слоями в канале позволяет в значительной степени подавить проявление короткоканальных эффектов в вертикальном МОП транзисторе, который может быть сформирован с помощью фотолитографии с длиной волны менее ЗООнм. Анробапин работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ой научнотехнической конференции Московского института радиотехники, электроники и автоматики в г. Международной конференции Микрои наноэлсктроника 1СМ в Звенигороде в г. МФТИ Всероссийская в г. Звенигороде в г. Международной конференции Микро и наноэлсктроника 1СММЗ в Звенигороде в г. Публикации. Результаты проведенных научных исследований представлены в 8 публикациях, включающих публикации в ведущих отечественных научных журналах. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 0 страниц машинописного текста, включая рисунков, 7 таблиц и список литературы из 2 наименований. Глава 1. Развитие микроэлектроники предполагает постоянное наращивание скорости работы микросхем, что, в свою очередь, сопряжено с увеличением частоты переключения транзисторов и увеличением плотности их размещения. Для увеличения частоты переключения необходимо уменьшать длину канала транзистора, сокращая время пролета носителей через канал. Уже при переходе к субЮОнм КМОП ИС, микроэлектроника столкнулась с рядом физических и технологических препятствий. Среди них можно выделить туннелирование носителей через тонкий слой подзатворного диэлектрика, сложность контроля плотности и распределения примесных атомов в планарноориентированном канале, низкие значения крутизны приборов, высокие паразитные сопротивления и емкости. Это привело к интенсификации исследований в области подзатворных диэлектриков, контактных и барьерных систем, а также проектирования новых структур. При дальнейшем уменьшении транзисторов и сокращении длины канала менее нм потребуется дальнейшее развитие этих областей для повышения электрофизических характеристик и производительности приборов. Изза высоких значений туннельного тока через диэлектрические слои толщиной менее нм необходимо применение материалов с высокой диэлектрической проницаемостью. С другой стороны, необходимость снижения задержек в работе приборов требует снижения паразитных сопротивлений и, в конечном итоге, становится нужен переход к металлическим электродам затвора. В следующих двух разделах проведем анализ свойств широкого спектра диэлектрических материалов, критериев отбора потенциальных подзатворных диэлектриков и металлов для электродов затворов. Известно, что дальнейшее сокращение размеров транзисторов должно привести к изменению структуры транзистора.