Устойчивость атомарной структуры оксида кремния после радиационно-термической обработки МОП приборов

• Автор: Протопопов, Григорий Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Эффекты радиационнотермической обработки

1.2 Атомарное строение оксида кремния в МОПструктуре

1.2.1 Полиморфизм оксида кремния

1.2.2 Ближний порядок в атомарной структуре оксида кремния

1.2.3 Изменение характеристик ближнего порядка атомарной структура оксида кремния после облучения и термообработки.

1.2.4 Механические напряжения в МОП структуре.

1.2.5 Электронная структура оксида кремния

1.3 Радиационные дефекты в оксиде кремния и их отжиг

1.4 Постановка задачи.

1.5 Выводы по главе.
ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Исследование изменения концентрации ловушечных центров в оксиде кремния рканальных МОП транзисторов при радиационнотермической обработке.
2.1.1 Методика эксперимента и обработки экспериментальных данных.
2.1.2 Результаты эксперимента.
2.2 Исследование изменения концентрации ловушечных центров в оксиде кремния КМОП инверторов при радиационнотермической обработке
2.2.1 Методика эксперимента и обработки экспериментальных данных.
2.2.2 Результаты эксперимента.
2.3 Исследование тестовых МОП структур методом вольтфарадных характеристик после радиационнотермической обработки при высокой интенсивности облучения.
2.3.1 Методика эксперимента и обработки экспериментальных данных.
2.3.2 Результаты эксперимента
2.4 Исследование тестовых МОП структур методом вольтфарадных характеристик после радиационнотермической обработки при низкой интенсивности облучения.
2.4.1 Методика эксперимента и обработки экспериментальных данных.
2.4.2 Результаты эксперимента.
2.5 Исследование влияния облучения и термообработки на структурные характеристики термического оксида кремния
2.5.1 Методика эксперимента и обработки экспериментальных данных.
2.5.2 Методика расчета характеристик ближнего порядка.
2.5.3 Анализ ошибок эксперимента
2.5.4 Результаты эксперимента.
2.6 Исследования влияния радиационнотермической обработки на ИМС иностранного производства.
2.6.1 Методика эксперимента и обработки экспериментальных данных.
2.6.2 Результаты эксперимента.
2.7 Выводы по главе.
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПЕРЕСТРОЙКИ АТОМАРНОЙ СТРУКТУРЫ ОКСИДА КРЕМНИЯНАРАЗНЫХ ЭТАПАХ РТО.
3.1 Энтропия атомарной.структуры оксида кремния, связанная с разбросом углов связи.
3.2 Изменение энтропии атомарной структуры 8Ю2 при облучении ионизирующим излучением.
3.3 Изменение энтропии атомарной структуры БЮг при термообработке после облучения.
3.4 Изменение свободной энергии атомарной структуры 8Ю2 после этапов РТО.
3.5 Расчет термодинамических параметров по экспериментальным данным
3.6 Оптимизация методики применения РТО для повышения стойкости МОП ИМС к воздействию ионизирующего излучения.
3.7 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Одним из методов отбраковки интегральных микросхем ИМС с аномально пониженной надежностью и стойкостью к воздействию ионизирующего излучения ИИ является метод радиационнотермической обработки РТО, суть которого заключается в облучении ИМС ИИ и последующей термообработке. При облучении выявляются образцы с низкой радиационной стойкостью. При последующей термообработке выявляются ненадежные образцы, которые либо не восстановили свои параметры, либо отказали при повышенной температуре. Такая технология является ресурсосберегающей, легко контролируема, воспроизводима, полностью совместима со стандартной технологией изготовления ИМС и при корректном выборе режимов не вносит в материалы дефекты или загрязнения, негативно влияющие на рабочие характеристики изделий 1. Проведенные ранее исследования показывают, что метод позволяет не только отбраковывать на пластинах потенциально ненадежные кристаллы ИМС, но и может обеспечить повышение надежности кристаллов, выдержавших эту процедуру, а также оказывает положительное корректирующее воздействие на существенные параметры изделий, в частности на время выборки БИС ОЗУ. Кроме того, РТО может повысить крутизну стокзатворных характеристик при сохранении напряжений смыкания стокисток, увеличить запас по радиационной стойкости для элементов БИС. Радиационная обработка быстрыми электронами и последующий термический отжиг тиристорных структур позволяет увеличить быстродействие структур, снизить потери электроэнергии при выключении тиристорных ключей, увеличить область их безопасной работы. РТО составных силовых транзисторов позволяет обеспечить производство транзисторов с наилучшим сочетанием динамических и статических параметров и повышенной радиационной стойкостью. В основе эффекта повышения стойкости к воздействию ИИ и улучшения характеристик ИМС после РТО лежат процессы образования дефектов, их эволюции и устранения в системе 8Ю2 . Но вопрос о причинах возникновения подобного эффекта остается открытым. Пленка оксида кремния 8Ю2 является неотъемлемым компонентом всех планарных полупроводниковых приборов и ИМС на их основе. Качество оксидной пленки в значительной степени определяет надежность и стойкость планарных приборов и ИМС к воздействию ИИ. Особенно сильно дефектность пленки БЮг проявляется в МОПприборах и в МОП ИМС, так как атомарная структура пленки 8Ю2 наиболее чувствительна к воздействию излучения. В настоящее время изучена структура пленок оксида кремния и влияние ИИ и термообработки на атомарную структуру пленок оксида кремния. При облучении МОП структуры образуются дефекты в объеме оксида кремния в виде разорванных валентных связей 0 и на границе раздела, причем концентрации дефектов в объеме и на границе раздела коррелируют между собой. Также при облучении имеет место релаксация механических напряжений, возникающих при изготовлении МОП структуры вследствие различия коэффициентов линейного расширения материалов кремния и оксида кремния. При термообработке часть разорванных валентных связей восстанавливается. Хорошо известно, что чувствительность твердого тела к радиационным воздействиям определяется особенностями его дефектной структуры, причем, чем стабильнее структура, тем больше ее стойкость к воздействию внешних факторов. Стабильность любой системы определяется ее термодинамическими характеристиками. Однако физикоматематического описания происходящих с атомарной структурой оксида кремния в МОП приборах процессов при РТО с термодинамической точки зрения и доказательства того, что атомарная структура оксида кремния переходит в более стабильное состояние, ранее проведено не было. Объектом исследования в работе выбрана атомарная структура оксида кремния в МОП структуре. Целью настоящей диссертационной работы является разработка методики проведения РТО МОП ИМС с оптимизированными параметрами режима. РТО МОП ИМС с оптимизированными параметрами режима. РТО МОП ИМС с оптимизированными параметрами режима. РТО МОП ИМС позволяет улучшить параметры стойкости МОП ИМС к воздействию ИИ КП на .