Отзыв официального оппонента 1 (Зарядовые явления в диэлектрических пленках МДП-структур и элементов энергонезависимой памяти при сильнополевой инжекции электронов)

р' >ч официального оппонента на диссертационную работу Андреева Дмитрия Владимировича «Зарядовые явления в диэлектрических пленках МДП- структур и элементов энергонезависимой памяти при сильнополевой инжекцни электронов», представленную на соискание ученой степени кандидата технических паук по специальности 01.04.07 — «Физика конденсированного состояния>>. Цель, постановка задач, методы их решения, результаты и их анализ, научные положения диссертации Андреева Д.В.

соответствуют паспорту специальности 01.04.07— «Физика конденсированного состояния» 1Технические науки). Актуальность темы В настоящее время подавляющш часть производимых полупроводниковых устройств изготавливается на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), одним нз основных элементов которых, определяюпшх характеристики и надежность, являи>тся тонкие диэлектрические пленки. Одной из важных задач современной микро- и пан оэлектроннки является разработка технологии и методов, позволяющих корректировать параметры прнборных МДП-структур не только в процессе их изготовления, но и эксплуатации. Для этого, в частности, необходимы новые наноразмерные диэлектрические пленки н структуры на их основе, для которых возможно в сильных электрических полях, включая накопление заряда и последующее его хранение в диэлектрических пленках МДП-структур и элементов энергонезависимой памяти, является, несомненно, актуальной, имеющей важное практическое значение.

Новизна научных положений, выведав и рекомендаций, сформулированных в днссеррг>щии 1. Разработан метод исследования и модификации тонких диэлектрических пленок МДП-структур в условиях инжекцни электронов в сильных электрических полях с использованием стрессовых и измерительных уровней тока, учитывающего процессы заряда емкости структуры и захвата заряда в подзатворном диэлектрике МДП-структур в инжекционном режиме. целенаправленное изменение зарядового состояния в широком диапазоне, н которое должно сохраняться длительное время в процессе эксплуатации. Перспективными для этих целей являк>тся многослойные диэлектрические слои с использованием ЯС~, легированного фосфором илн бором, а также диэлектриков с высокой диэлектрической проннцаемостью, В связи с этим, диссертационная работа Андреева Д.В„посвященная установлению физических закономерностей зарядовых явлений прн инжекции электронов 2.

Впервые показано, по применение подзатворного диэлектрика на основе пленки ЯОз, легированной фосфором с образованием двухслойного стека ЯО2-ФСС с концентрацией фосфора в пленке ФСС 0,4-0,9%, позволяет залечивать дефекты в подзатворном диэлектрике за счет накопления в ФСС при сильнополевой ннжекции отрицательного заряда„приводящего к увеличению потенциального барьера в месте дефекта и, как следствие, уменыпению локальных токов. 3. Показано, что отрицательный заряд, накапливающийся в пленке ФСС в структурах с двухслойным подзатворным диэлектриком Я02-ФСС как в процессе сильнополевой туннельной инжекцин электронов, так н при электронном облучении, может использоваться для модификации МДП-приборов, при этом использование сильнополевой инжекцин электронов позволяет получить большие плотности отрицательного заряда при меньших деградационных процессах.

4. Впервые с использованием метода всеобьемлющей спектроскопии фотоопустошением получены энергетические распределения электронов, захватываемых в МДП-структурах на основе диэлектрических пленок ЯО~-НГо,вА1о,20„н и межзатворных диэлектриках на основе оксида гафння и трбхслойного стека Н1дзА1р,20„/А110з/НуазА1олО„ в элементах флэш-памяти с Я/Т1Х„и Я/йп'гибридными плавающими затворами, что позволило получить новую информацию о природе зарядовых ловушек в указанных диэлектрических пленках.

Степень обоснованности н достоверности научных положений, выводов, заключений Достоверность полученных результатов подтверждается использованием современных методов исследования, воспроизводнмостью результатов, их соответствием литературным данным и существующим теоретическим представлениям о свойствах тонких диэлектрических пленок МДП-структур и элементов энергонезависимой памяги, Значимость результатов дли пауки и практики 1. Разработан метод стрессовых и измерительных уровней тока для исследования и модификации тонких диэлектрических пленок МДП-структур в условиях снльнополевой ннжекции электронов, учитывающий процессы заряда емкости структуры и захвата заряда в подзатворном диэлекгрнке МДП-структур в инжекцнонном режиме. 2. Показано, что при высоких плотностях инжекционного тока контроль характеристик накапливаемого в подзатворном диэлектрике заряда методом стрессовых и измерительных уровней тока необходимо проводить по изменению напряжения на МДП-структуре прн амплитуде измерительного инжекционного тока много меньшей амплитуды стрессового тока.

3. Найдены энергетические распределения электронов, захватываемых в МДП-структурах на основе диэлектрических пленок %0з-НГ»лА1«зО„и %0з-Нйп а также в межзатворных диэлектриках на основе алюмината гафния и трехслойного стека Н1олА1олОх/А1зОз/НбрА1«за в элементах флэш-пшяти с БАТЮ„и %/йл гибридными плавающими затворами. 4. Проанализированы различные способы формирования диэлектриков на основе оксида гафния с высокой диэлектрической проницаемостью и их влияние на плотность, и энергетическое распределение электронных ловушек в диэлектрической пленке. 5.

Показано, что применение сильнополевой инжекцин электронов длл модификации зарядового состояния МДП-структур предпочтительнее использования электронного облучения, поскольку появляется возможность индивидуальной коррекции характеристик каждого прибора и при определенных режимах силыюполевой инжекции можно значительно снизить сопутствующие деградационные процессы. б. Предложены рекомендации по совершенствованию технологического процесса формирования подзатворного диэлектрика КМДП интегральных микросхем на АО «Восход» вЂ” Калужский радиоламповый завод и АО «ОКБ Микроэлектроники» (г. Калуга).

Оценка содержания Структура диссертации является общепринятой, отдельные ее части логически связаны, оформлена в соответствии с требованиями ВАК Минобрнауки РФ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения с основными результатами и выводами по работе, списка цитируемой литературы, прилбжений. В первей главе представлен обзор научных публикаций, посвященных изучению физических закономерностей зарядовых явлений, связанных с модификацией, а также накоплением и хранением заряда в диэлектрических пленках МДП-структур и элементов энергонезависимой памяти при сильнополевой инжекции электронов.

Рассмотрены и проанализированы механизмы возникновения инжекцио нного тока в сильных электрических полях", зарядовые явления, протекающие в тонких диэлектрических пленках МДП-структур при инжекции электронов; влияние диффузионного легированил пленки %02 фосфором; особенности зарядовых явлений, возникаклцих в диэлектриках с высокой диэлектрической проницаемостью и стеках %02-диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемосгью„электрофизические и фотоэлектрические методы исследования зарядовых явлений в тонких диэлектрических пленках и на границах раздела МДП-структур. Вторил глава посвящена разработке метода стрессовых и измерительных уровней тока для исследования и модификации тонких диэлектрических пленок МДП-структур, учитывающего процессы заряда емкости структуры и захвата заряда в подзатворном диэлектрике МДП-структур в инжекционном режиме. В ней также описан метод всеобъемлющей спектроскопии ф лоопустошением.

Рассмотрены установки для реализации методов стрессовых и измерительных уровней тока и всеобъемлющей спектроскопии фотоопустошением. В главе показано, что отличительной особенностью метода стрессовых и измерительных уровней тока является учет процессов заряда емкости МДП-структуры и захвата заряда в подзатворном диэлектрике МДП-структур в инжекционном режиме, по дает возможность существенно повысить метрологические характеристики метода и уменьшить погрешности, возникающие при определении характеристик МДП-структур, В рамках метода разработана модель, описывающая изменение зарядового состояния МДП-структур как в режиме заряда емкости, так и в режиме ннжекции носителей заряда, позволяклцая выбирать оптимальный алгоритм токового воздействия и повышать точность измерений.

В третьей главе представлены результаты комплексного исследования зарядовых явлений в МДП-структурах с термическими пленками %0ь легированными фосфором, при сильнополевой инжекцнн электронов и облучении низкоэнергетическими электронами. Установлено, что отрицагельный заряд, накапливающийся в пленке ФСС в структурах с двухслойным подзатворным диэлектриком %0з-ФСС как в процессе сильнополсвой туннельной иижекции электронов, так н при электронном облучении, может использоваться для модификации МДП-приборов.

Показано, что применение сильнополевой инжекции электронов для модификации зарядового состояния МДП-структур предпочтительнее использования электронного облучения, поскольку появляется возможность индивидуальной коррекции характеристик каждого прибора и при определенных режимах сильнополевой ннжекцин можно значительно снизить сопутствующие деградационные процессы. Показано, что применение двухслойного подзатворного диэлектрика БЮз-ФСС с концентрацией фосфора в пленке ФСС 0,4-0,9% позволяет повысить среднюю величину заряда, инжектировалного в диэлектрик до его пробоя и уменьшить количеспю дефектных структур с малым значением заряда, июкектнрованного до пробоя.