Введение к работе
Научный интерес к исследованию электрической прочности тонких диэлектрических слоев (ТДС) обусловлен широким спектром их применения в современной микроэлектронной промышленности.
Оксид и нитрид кремния, анодные оксиды (ЛО) алюминия, ниобия, тантала успешно используются в МДМ- и ЩП-структурах, в элементах памяти, в электролитических и оксидно-полупроводниковых конденсаторах, Многие изделия, в конструкцию которых входят ТДС, эксплуатируются в сильных электрических полях 108 * 109 В/и, близких it пробивным, что накладывает определенные требования к прочностным характеристикам АО.
В настоящее время существует многообразие экспериментальных данных по пробою твердых диэлектриков. Однако, комплексного изучения электрической прочности ТДС, сравнительного аналиаа экспериментальных данных и единого подхода к теоретической интерпретации результатов исследований нет, что и делает актуальной данную работу, целью которой является систематизированное экспериментальное исследование электрической прочности оксида и нитрида кремния, АО вентильних металлов в статическом, динамическом и э импульсном режимах испытаний.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ: '
-
Установить основные закономерности электрического пробоя анодных оксидов вентильных металлов Al, Nb и Та, оксида и нитрида кремния в постоянном электрическом поле.
-
Изучить электрический пробой оксида тантала ТагОэ в импульсном режиме испытаний при разных значениях длительности и скважности импульсов напряжения.
-
Исследовать электрическую прочность оксида тантала и нитрида кремния в условиях линейно растудего поля.
4. Построить физическую модель явления пробоя тонких диэлектрических слоев.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В качестве образцов использовались оксиды вентильных металлов Al.Nb и Та, подученные анодированием отожженной электрополиронаниой мести соответствующих металлов по стандартной технологии. Двуокись кремния SiO^ была получена термическим окислением кремния п- и р-типа В потоке сухого кислорода при Т=1050С. Образцы SlaN 1. В работе впервые проведено комплексное изучение элект Установлены основные экспериментальные закономерности электрического пробоя ТДС в диапазонах: времен ltT6 + 103 с при комнатной и повышенной температурах. скоростей подъёма линейно растущего напряжения от 10"2 В/с до 10& В/с. длительностей импульсов напряжения от 300 не до 10э с. 2. Предложена физическая модель пробоя тонких диэлектри НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ'ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ определяетсязначимостью полученных результатов для конденсаторостроения/ для разработчиков интегральных микросхем, изделий электронной промышленности, предназначенных для эксплуатации в сильных электрических полях. Совокупность автоматизации физического эксперимента и методики статистической обработки результатов позволяет широко применять исследования электрического пробоя в заводских технологических лабораториях. Методика определения электрической прочности ГДС была использована в работах по усовершенствованию свойств оксидно-полупроводниковых конденсаторов, по которым поданы заявки на изобретение. Комплексный подход к исследованию электрической прочности диэлектриков позволяет внести вклад в создание теории пробоя ТДС. НА ЗАПИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие основные положения: Основные закономерности электрического пробоя анодных оксидов вентильных металлов, оксида и нитрида кремния в постоянном поле при комнатной и повышенной температурах. Результаты исследования нитрида кремния SiaN4 в динамическом режиме испытаний (dU/dt>const). Зависимость напряженности электрического поля пробоя анодного ТагОэ от скорости линейно . растущего напряжения, от толщины и температуры образца. Результаты исследования электрического пробоя ТагОв в импульсном режиме испытаний при разных значениях длительности и скважности импульсов напряжения. Предложена физическая модель явления пробоя тонкослойных диэлектриков. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные экспериментальные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на : 2-ой, 3-ей и 4-ой Всесоюзных научных конференциях "Физика окисных пленок" (г. Петрозаводск, 1987, 1991 и 1994 г.); 7-ом Кольском научном семинаре " Электрохимия редких и цветных металлов" (г. Апатиты, 1992 г.); Международной научной конференции "Диэлектрик - 93" (г. Санкт-Петербург, 1993 г.); 7-ом Международном симповиуме по пассивации металлов и полупроводников (Германия, Клаусхолл, 1994). ПУБЛИКАЦИИ. По' материалам диссертации опубликовано 13. работ в научных журналах и сборниках. СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ: Диссертация состоит из вве-цения, вести глав, заключения и списка основных сокращений и (іОозл.ччений и датируемой литературы. Содержит 140 страниц, в том числе 34 рисунка, 4 таблицы, НО библиографических ссылок.
рической прочности оксидов кремния и вентильных металлов, нит
рида кремния в статическом, динамическом и в импульсном режимах
испытаний.
ческих слоев.
Похожие диссертации на Исследование электрической прочности тонких диэлектрических слоев
