Диссертация (1025135), страница 12
Текст из файла (страница 12)
3.1 приведены зависимости приращения напряжения на МДПструктуре в процессе инжекционной (1) и радиационной (2) модификации отплотности инжектированного заряда и флюенса электронов (18 кэВ). В отличиеот высокоэнергетического облучения электронами [89, 90], при низкоэнергетическом облучении изменение зарядового состояния МДП-структур в основном74обусловлено протеканием ионизационных процессов и наблюдаемые физические процессы во многом идентичны явлениям, возникающим при сильнополевой инжекции электронов [1]. Для реализации режима сильнополевой инжекции электронов из кремниевой подложки, к затвору МДП-конденсатора прикладывался импульс постоянного тока плотностью 1 мкА/см2. Плотность инжектированных электронов N (Рис. 3.1) может быть выражена следующим выражением: N Qinj / q , где Qinj – заряд, инжектированный в диэлектрик; q –заряд электрона.
Как видно из Рис. 3.1, при облучении электронами накапливается более низкая плотность отрицательного заряда в подзатворном диэлектрике по сравнению с сильнополевой инжекцией.На Рис. 3.2 приведены зависимости приращения напряжения на МДПструктуре, обусловленного интегральным зарядом на поверхностных состояниях, в процессе сильнополевой инжекции электронов (1) и электронного облучения с энергией 18 кэВ (2), а также после отжига обработанных образцовпри 200 ºС (1', 2') от плотности инжектированных электронов (N) (1, 1') ифлюенса электронов (F) при облучении кривые (2, 2').
Эти зависимости получены путем обработки данных C-V измерений.Как видно из Рис. 3.1 и 3.2, при облучении электронами в подзатворномдиэлектрике МДП-структур накапливается более низкая плотность отрицательного заряда по сравнению с режимом сильнополевой инжекции.Кривые 1' и 2' на Рис. 3.1 и 3.2 характеризуют термостабильную компоненту отрицательного заряда, для получения которой после инжекционной ирадиационной модификации, соответственно, МДП-структуры отжигались притемпературе 200 С в течение 20 мин.Как видно из Рис.
3.1 и 3.2, термостабильная компонента отрицательногозаряда при инжекционной модификации (кривые 1' и 2') существенно превышает аналогичный заряд, возникший при радиационном облучении электронами. Следовательно, инжекционная модификация более эффективна и при определенных условиях инжекции вызывает меньшую деградацию МДП-структур(Рис. 3.1 и 3.2, кривые 2).75Рис. 3.1.Зависимости приращения напряжения на МДП-структуре в процессе сильнополевой инжекции электронов (1) и электронного облучения с энергией 18 кэВ(2), а также после отжига обработанных образцов при 200 ºС (1', 2') от плотности инжектированных электронов (N) (1, 1') ифлюенса электронов (F) при облучении (2, 2')Однако облучение электронами дает возможность проводить групповуюобработку кристаллов на полупроводниковой пластине, что существенно увеличивает производительность обработки.
При инжекции электронов из кремния с увеличением толщины слоя ФСС увеличивается диапазон возможныхизменений порогового напряжения МДП-транзисторов.76Рис. 3.2.Зависимости приращения напряжения на МДП-структуре, обусловленного интегральным зарядом на поверхностных состояниях, в процессесильнополевой инжекции электронов (1) и электронного облучения сэнергией 18 кэВ (2), а также после отжига обработанных образцов при 200 ºС(1', 2') от плотности инжектированных электронов (N) (1, 1') ифлюенса электронов (F) при облучении (2, 2')Однако для обеспечения приемлемых значений плотности поверхностныхсостояний величина инжектированного заряда при корректировке пороговогонапряжения не должна превышать 0,3 мКл/см2.
Диапазон токового воздействияпри изменении зарядового состояния МДП-приборов целесообразно ограничить 10-7 10-5 А/см2. Уменьшение амплитуды токового воздействия сопро-77вождается трудностями технической реализации и нецелесообразно в связи созначительным возрастанием времени инжекции требуемой величины заряда.Увеличение плотности инжекционного тока приводит к значительному возрастанию вероятности пробоя образца, а также к повышению плотности поверхностных состояний на границе Si-SiO2 [27] при инжекции электронов из Si.Определено, что как плотность накапливаемого отрицательного заряда,так и плотность его термостабильной компоненты возрастают с увеличениемдлительности (степени) легирования SiO2 фосфором, приводящей к увеличению толщины пленки ФСС.
Однако увеличение толщины пленки ФСС не приемлемо для тонких подзатворных диэлектриков, т.к. может привести к сквозному легированию пленки SiO2 фосфором и, как следствие, привести к ухудшению зарядовой стабильности подзатворного диэлектрика и границы разделадиэлектрик-полупроводник. Если концентрация фосфора в плёнке ФСС превышает 1,5 %, то это может обусловить возникновение явлений поляризации иснижение зарядовой стабильности подзатворного диэлектрика [20, 22, 27]. Таким образом, увеличение диапазона коррекции электрофизических параметровМДП-приборов более предпочтительно проводить изменением соотношениямежду толщинами плёнок диоксида кремния и ФСС, смещая центроид отрицательного заряда к границе раздела Si-SiO2, при этом концентрация фосфора впленке ФСС не должна превышать 1,5 % [27].Проведенные оценочные расчеты постоянной времени релаксации отрицательного заряда с высокой термополевой стабильностью в диапазоне рабочихтемператур МДП-приборов, выполненные с учетом кривых токов термостимулированной деполяризации (ТСД) [22] и результатов релаксации C-V характеристик в изотермических условиях, дали её значение более 4 108 с.
Следовательно, для получения МДП-приборов с высокой температурной стабильностью после коррекции зарядового состояния структур их необходимо отжигатьпри температурах не ниже 200 С, а модификацию характеристик проводить сучетом стекания части заряда при отжиге.78Накопление в объеме подзатворного диэлектрика заданной плотноститермостабильной компоненты отрицательного заряда позволяет корректировать пороговое напряжение МДП-транзисторов, повышать пробивное напряжение подзатворного диэлектрика, а также уменьшать вероятность его пробояпутем залечивания слабых мест за счет накопления в них отрицательного заряда [15, 27].
На Рис. 3.3 представлены гистограммы распределения МДПструктур по заряду, инжектированному в диэлектрик до его пробоя, для образцов с подзатворным диэлектриком SiO2 и образцов с двухслойным подзатворным диэлектриком SiO2-ФСС.Как видно из Рис. 3.3, применение двухслойного подзатворного диэлектрика SiO2-ФСС позволяет повысить среднюю величину заряда, инжектированного в диэлектрик до его пробоя и уменьшить количество дефектных структур с малым значением заряда, инжектированного до пробоя. Этот эффект объясняется залечиванием слабых мест в подзатворном диэлектрике за счетнакопления в них отрицательного заряда и, как следствие, за счет уменьшениявеличины локальных инжекционных токов, протекающих в местах дефектов иприводящих к его пробою. В результате захвата электронов увеличиваетсяпотенциальный барьер, препятствующий локализации токов в областяхпротяженных дефектов у границы с подложкой.Другим направлением применения сильнополевой туннельной инжекциидля модификации диэлектрических пленок МДП-структур является проведениеинжекционно-термической обработки (ИТО) и радиационно-термической обработки (РТО), позволяющих повышать надежность МДП-приборов и выявлять образцы, содержащие зарядовые дефекты [27, 84, 91, 92].
Инжекционнотермическая обработка МДП-структур заключается в сильнополевой инжекциив диэлектрик заданной плотности заряда электронов и последующем высокотемпературном (200 ºС) отжиге образцов. ИТО предназначено для замены радиационно-термической обработки, широко используемой в настоящее времядля повышения надежности МДП-приборов [27, 88].79Рис. 3.3.Гистограммы распределения МДП-структур по заряду, инжектированному вдиэлектрик до его пробоя, для образцов с подзатворным диэлектрикомSiO2 (1) и образцов с двухслойным подзатворнымдиэлектриком SiO2-ФСС (2, 3): гистограмма 3 соответствует образцампосле инжекционно-термической обработкиИТО можно использовать для модификации МДП-структур с различнымидиэлектрическими слоями, в которых при сильнополевой инжекции электроновнаблюдается изменение зарядового состояния, которое впоследствии полностью или частично устраняется термическим отжигом.При проведении ИТО в МДП-структурах протекают деградационные процессы, аналогичные процессам, возникающим при радиационном облучении[15, 86, 91].
Для устранения их последствий обычно проводят отжиг образцапосле обработки. В нашем случае отжиг инжекционно обработанных МДПструктур проводился при температуре 200 °С в течении 20 мин. На Рис. 3.3 показаны относительные гистограммы распределения МДП-структур по величине заряда, инжектированного до пробоя образца, характеризующие проведение инжекционно-термической обработки. Гистограмма 3 на Рис. 3.3 соответ-80ствует группе МДП-структур, прошедших инжекционно-термическую обработку (инжектированный заряд составляет 0,5 мКл/см2), гистограммы 1 и 2 –группам структур, не подвергавшихся обработке.Из гистограмм, приведенных на Рис.
3.3, видно, что ИТО позволяет выявлять и устранять структуры с грубыми дефектами изоляции. Благодаря применению инжекционно-термической обработки, происходит достаточно заметное повышение инжекционной и радиационной стойкости МДП-структур(Рис. 3.3), что может быть объяснено образованием более совершенной структуры подзатворного диэлектрика, поскольку сильнополевая инжекция электронов разрывает напряженные связи в пленке SiO2 и на границе раздела Si-SiO2, апоследующий отжиг восстанавливает валентные связи, но уже без их деформации [27, 91].3.2.ЗарядовыеплёнкамиSiO2,характеристикилегированнымиМДП-структурфосфором,спритермическимисильнополевойинжекции электроновВ данной работе рассмотрена возможность модификации МДП-структур cпленкой SiO2, легированной фосфором, путём сильнополевой туннельной инжекции электронов в подзатворный диэлектрик, а также проведено исследование влияния режимов легирования пленки SiO2 фосфором на характеристикиМДП-структур.В качестве экспериментальных образцов использовались тестовые МДПконденсаторы, подробно описанные в параграфе 3.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
