Электрофизические свойства структур кремний-на-изоляторе, изготовленных методом сращивания и водородного расслоения

• Автор: Николаев, Данил Валериевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Система сокращений и условных обозначений
Глава 1. Структуры кремний-на-изоляторе (КНИ) и граница 8і-8і02 (обзор лиз ературы)
1.1. Методы получения структур кремний-на-изоляторе
1.1.1. Свойства структур кремний-на-изоляторе, полученных имплантацией кислорода (БІМОХ) 11 1.1.2 Структуры кремний-на-изоляторе, полученные сращиванием
пластин кремния
1.1.3. Структуры кремний-на-изоляторе КНИ ИФГІ
1.2. Граница кремний-оксид кремния, полученная термическим окислением (структуры металл-диэлектрик-полупроводник)
1.2.1. Электронные состояния на границе ЭьЗЮг
1.2.2. Общая классификация локализованных электронных состояний
1.2.3. Строение и состав переходного слоя границы раздела Яі-ЗіОа
1.2.4. Точечные дефекты в переходном слое
1.3. Влияние электрического поля и радиации на структуры
металл-диэлсктрик-полупроводник и кремний-на-изоляторе
1.7. Выводы и постановка задачи
Глава 2. Методика эксперимента и обработ ка результатов
2.1. Вольт-фарадные характеристики структур кремний-на-изоляторе и
определение их параметров
2.1.1. Емкость МОП-структуры
2.1.2. Определение параметров МДГІ структур
2.2. Вольт-фарадные характеристики структур
полупроводник-диэлектрик-полупроводник
2.3. Особенности определения параметров структур КНИ при
емкостных измерениях
2.4. Измерение параметров центров с глубокими уровнями и состояний
на границе Бі-БіОг в структурах КНИ
2.4.1. Метод емкостной спектроскопии глубоких уровней
2.4.2. Зарядовая спектроскопия глубоких уровней
2.4.3. Методика определения спектра состояний на границе 8і-8іОг структур КНИ 52'

2.5. Приготовление образцов, режимы облучения и термообработок
Глава 3. Электрофизические свойства отсеченного слоя кремния и границ раздела в структурах кремний-на-изоляторе
3.1. Центры с глубокими уровнями в отсеченном слое кремния структур КНИ
3.2. Энергетический спектр состояний на границах 8і-5іОг структур КНИ
3.3. Определяющая роль водорода, присутствующего в процессе изготовления структур КНИ, па их параметры
3.4. НР-дсфекты в отсеченном слое кремния структур КНИ и метод их устранения
3.5. Пассивация центров с глубокими уровнями и состояний на границах раздела структур КНИ при отжиге в водороде
3.6. Неоднородное распределение и природа состояний на границе сращивания
3.7. Суммарные электрофизические свойства отсеченного слоя кремния и границы раздела Бі-ЗіОд структур КНИ
3.8. Выводы к главе 3
Глава 4. Ловушки в скрытом окисле и влияние радиации на структуры КНИ
4.1. Ловушки в скрытом диэлектрике структур КНИ (эффект поля)
4.2. Воздействие радиации на структуры КНИ
4.3. Оптимизация заряда в скрытом окисле структуры КНИ
4.4. Параметры скрытого диэлектрика структур КНИ
4.4. Выводы к главе 4
Основные результаты и выводы
Научная новизна работы
Практическая значимость работы
Положения, выносимые на защиту
Публикации по теме работы
Заключение
Список литературы

Система сокращений и условных обозначений
(в хронологическом порядке)
КНИ - кремний-на-изоляторе ИС - интегральная схема
SIMOX - Silicon IMpIanted by Oxygen, технология получения структур КНИ путем имплантации кислорода в кремний и последующего высокотемпературного отжига Smart Cut - технология изготовления структур КНИ, использующая водородный перенос. ZMR (Zone Melting Recrystallization) - технология изготовления структур КНИ, использующая процесс рекристаллизации осажденных на окисленные кремниевые пластины по-ликремниевых пленок с помощью лазера или галогенной лампы.
FIPOS (Full Isolation by Porous Oxidized Silicon) технология изготовления структур КНИ, включающая в себя окисление слоя пористого кремния, превращающее его в стандартный термический окисел
ЕРО - Epitaxial Lateral Overgrowth - технология изготовления структур КНИ , связанная с эпитаксиальным выращиванием кремния из зерновых окон, которые открываются на окисленной кремниевой подложке.
BESOI (Bonded and Backside Etched SOI) - прямое сращивание (bonding) окисленных пластин кремния с последующим почти полным удалением одной из них шлифовкой и травлением.
ELTRAN (Epitaxial Layer TRANsfer by bonding and etch back of porous silicon) - сращивание окисленных пластин кремния, на одной из которых присутствует эпитаксиальный слой, выращенный на пористом кремнии; для утончения пластины КНИ (удаление слоя пористого кремния) используются полировка и химическое травление.
ITOX - процесс дополнительного термического окисления структур КНИ SIMOX, проводимый для улучшения параметров скрытого слоя диэлектрика.
Е'-центр -кислородная вакансия в матрице SiCb SIMS - Secondary Ion Mass Spectroscopy ВИМС - Вторичная ионная масс-спектроскопия ЭПР - Электронный парамагнитный резонанс
DLTS - Deep Level Transient Spectroscopy - релаксационная спектроскопия глубоких уровней
Qf - фиксированный заряд в окисле Ou - заряд, захваченный поверхностными ловушками ВФХ (CV) - вольт-фарадная характеристика ОПЗ - область пространственного заряда

запрещенной зоне. Измерительная установка БЬТБ состоит из чувствительного прибора для измерения емкости, одного или двух импульсных генераторов для подачи смещения на диод, множителя сигнала с двумя затворами и криостата с нагревателем. Присутствие каждой ловушки можно увидеть по положительному или отрицательному пику изменения емкости, построенному в зависимости от температуры. Высота этих пиков пропорциональна соответствующим концентрациям ловушек, знак пика показывает природу ловушки - основные или неосновные носители заряда, а положение ника просто определяется параметрами термической эмиссии носителей с соответствующих ловушек и настройками установки (так называемым «временным окном»). Для каждого глубокого центра метод ЭЬТЗ позволяет определить энергию ионизации, сечение захвата электронов и дырок, зависимость сечений захвата от электрического поля, а так же концентрацию глубоких центров; эту совокупность параметров невозможно измерить каким-либо другим методом.
Основные принципы метода ВЬТБ можно сформулировать следующим образом:
1. Получение информации о ГУ путем модуляции области пространственного заряда в полупроводниках, образованной на границе р-п-перехода, металл-полупроводник, металл-диэлектрик-полупроводник. Изменение электрического поля ДЕ в слое пространственного заряда, пропорциональное изменению заряда Д() (-ДЕ ~Д()/е, где г - диэлектрическая постоянная полупроводникового материала). Зная приращение заряда при последовательном увеличении толщины слоя обеднения, легко найти профиль концентрации электрически активных центров в полупроводнике. Определив скорость изменения заряда во время перезарядки глубоких центров при различных температурах, можно получить энергетическое положение и сечение захвата носителей для перезаряжающихся уровней.
2. Создание условий, при которых процессы обмена носителями ГУ с валентной зоной или с зоной проводимости разделяются и наблюдение идет за каким-нибудь одним процессом по очереди.
3. Фильтрация одновременно протекающих процессов по скорости и тем самым наблюдение за перезарядкой каждого глубокого уровня в отдельности.
Рассмотренные выше условия наиболее просто реализовать, прикладывая импульсное электрическое поле к ОПЗ, образованной на границе полупроводника с помощью барьера Шоттки, р-п перехода, МОП структуры. Информация при этом получается из анализа вызванной импульсным полем релаксации емкости, заряда или проводимости.