Введение к работе
Актуальность работы. Структуры Si-Si02 и создаваемые на их основе структуры металл - диэлектрик - полупроводник (МДП) являются основой элементной базы современной микроэлектроники и электроники твердого тела. Последнее обусловлено прежде всего совершенством границы раздела Si-Si02- Вместе с тем пленки БіОг характеризуются высокой электрической прочностью, а также могут одновременно играть роль диффузионной маски и слоя, стабилизирующего поверхность кремниевой подложки. В связи с этим свойства структур Si-Si02 представляют большой научный и практический интерес.
Электрические свойства структур Si-Si02 в большой мере определяются характером электронных процессов, протекающих как в окисных слоях, так и в области межфазовой границы Si-SiOa. Эти процессы существенно влияют на важнейшие свойства и характеристики структур Si-Si02, к которым относятся знак, величина и пространственное распределение встроенного заряда, плотность и энергетическое распределение межфазовых поверхностных состояний, величина пробивного напряжения окисного слоя, характер и распределение дефектов в окисном слое и области межфазовой границы Si-Si02 и т. д. Зависимость указанных характеристик от электронных процессов в окисном слое оказывает значительное влияние на основные параметры приборов и схем, содержащих в качестве элементов структуры Si-Si02-Существенное влияние на свойства структур Si-Si02 оказывают и электронные процессы, протекающие в окисных слоях при изготовлении приборов. При этом отсутствие надежных данных о характере подобных процессов при широко используемых в технологии создания твердотельных приборов и схем воздействий не позволяет контролировать изменения характеристик структур Si-Si02 и соответственно приборов, работающих на их основе, что значительно снижает процент выхода годных изделий.
Повышение быстродействия и степени интеграции БИС и СБИС требует субмикронных размеров их активных элементов, в том числе -уменьшения толщины подзатворного диэлектрика МДП транзисторов до 10-30 нм. Однако электрофизические свойства систем диэлектрик -полупроводник (ДП) с тонким, толщиной doX<100 нм, и сверхтонким, doX<10 нм, диэлектриком, а также возможности управления ими изучены
еще недостаточно, и в этом направлении требуется проведение специальных научных исследований.
Структура кремний - анодный окисел является перспективной для исследований по многим причинам. Она позволяет производить контролируемое формирование тонких и сверхтонких слоев окисла. Кроме того, можно осуществлять контроль свойств структуры как в ходе формирования, так и непосредственно после окончания процесса формирования.
При уменьшении толщины диэлектрика свойства структуры ДП сильно влияет неоднородность его свойств по толщине. Соответственно, является важным установить свойства переходных областей в диэлектрике вблизи границ полупроводник-диэлектрик и диэлектрик-воздух.
Кроме того, в плане развития научных представлений о физико-химических процессах, определяющих электрофизические свойства поверхности и границ раздела твердых тел, представляется актуальным изучение начальных стадий формирования перехода ДП на различных примерах а также процессов, протекающих в структуре ДП непосредственно после формирования диэлектрического слоя.
Также представляется важным выяснить и разделить влияние на свойства структуры полупроводник-диэлектрик как свойств полупроводниковой подложки, так и технологии формирования структуры.
Решение перечисленных выше научных и практических задач требует разработки методов контроля электрофизических параметров поверхности, параметров тонких и сверхтонок диэлектрических слоев на них, а также электрофизических параметров границы раздела ДП. Использование эффекта поля в электролитах позволяет осуществлять такой контроль, совмещая его с формированием окисного слоя или проведением различных физико-химических воздействий Для проведения исследования детального распределения дефектов и свойств структуры пол}тфоводник-диэлектрик необходимым является развитие методики профилирования. Таким образом, именно метод эффекта поля в электролитах в сочетании с методикой профилирования позволяют исследовать многие важные свойства системы полупроводник-диэлектрик, в том числе и в процессе ее формирования.
Цель работы заключалась в развитии метода эффекта поля в электролитах в сочетании с методикой профилирования и изучении электрофизических свойств структуры Si-SiCb (анодный) на основе исследования характера пространственного распределения электрически и химически активных дефектов на начальных стадиях ее формирования.
Научная новизна работы.
-
Методика непрерывного травления применена к исследованию пространственных распределений электрически и химически активных дефектов в сверхтонких пленках анодного окисла на поверхности кремния.
-
На основе метода эффекта поля в электролитах и методики непрерывного травления получены пространственные распределения электрически и химически активных дефектов в сверхтонких пленках анодного окисла на поверхности кремния.
-
Обнаружено, что анодный окисел на поверхности кремния всегда имеет трехслойную структуру по пространственному распределению электрически и химически активных дефектов, параметры которой зависят от свойств подложки и технологии формирования окисного слоя.
Практическая значимость работы состоит в следующем: 1.Полученные экспериментально зависимости между технологией формирования окисного слоя на поверхности кремния и распределением дефектов позволяют управлять свойствами структур кремний-оксид.
2.Обнаружены закономерности формирования МФГ кремний-оксид, свойства которой в значительной мере определяют параметры структуры кремний-сверхтонкий оксид, которая является перспективной для технологии производства микроэлектронных устройств высокой степени интеграции.
Основные защищаемые положения:
1. Методика получения пространственного распределения заряда и зависимости локальной скорости травления от толщины диэлектрика в тонких и сверхтонких пленках анодного оксида кремния на поверхности
кремния с субнанометровым разрешением по толщине, основанная на сочетании эффекта поля в электролитах и методики профилирования.
-
Анодный окисел на поверхности кремния имеет трехслойную структуру по пространственному распределению электрически и химически активных дефектов.
-
Параметры подложки влияют на пространственное распределение электрически и химически активных дефектов в слоях анодного окисла кремния в узкой области вблизи МФГ кремний-оксид.
-
Особенности технологии формирования окисного слоя влияют на пространственное распределение электрически и химически активных дефектов в слоях анодного окисла кремния по всей толщине окисла.
Апробация работы и публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в двенадцати научных работах (2 статьи в журналах, 10 тезисов докладов на международных научных конференциях).
Объем и структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, приложения и списка литературы; Работа изложена на 203 страницах, использовано 3 таблицы и 74 иллюстрации. Библиография включает в себя 139 наименований работ.
