Введение к работе
Актуальность темы.
Полупроводаиковые приборы, изготовленные на основе слоистых структур диэлоктрик-полупроводаик (ДП) и маталл-дизлоктрие-полупроводник (МДП) находят широкое принененио в современной микроэлектроникв. Рабочие характеристики отих приборов и их стабильность DO многом' опрсделяются злектрофизическими свойствами границы раздела (ГР) диэлектрик-полупроводник. В частности, ло-взрхяостпш и объемные рэкомбгат 'циониыэ параметры, а также зарядовые харащтористики полупроводников и слоистых структур оказываются весьма чувствительными к различным операциям, применяемым в плапарноя технологии. Вследствие ^гого исследование совокупности рекомбипационных и зарядовых параметров систом ДП актуально как для понимания сущности физических продассов. так и для контроля технологических факторов.
Определение рекойбидавдошшх параметров (РП) по спвктральиым зависимостям э.д.с. фотомагнитпого эффекта (ФЫЭ) позволяет а лабораторных ус.овиях получать достаточно точные их значения. Однако, во-перьих, измерения являются очень трудоемкиа, а, во-вторых, расчет параметров сопряжеп с большим объемом нагматических вычислений i что является препятствием для практического использовь-ля. Преодолеть вышеперечисленные трудности позволит создание измерительпоп системы с использованием алзктронно вычислитольной техники, в частности, микропроцессоров и тарсо налышх ЭВМ (ПЭВМ). Аналогичный подход является также эффективным и при наховдэ л зарядовых параметров (ЗП> из измерений вольт-фарадных характеристик (ВФХ). Кроме того, пресная система, млеющая цифровой выход, сравнительно легко может быть включена в АСУ ТП производства компонентов мккроэлектрояпоп техники.
Целью работы является:
- повышение экспресшости и точности xJoparct пых измерения электрофизических .характеристик кремниевых ДП-стру.-лгр*-получение возможности мвжоперэпионного контроля этих структур на {г.-.-U них стадиях технологического процесса производства изделий микроэлектроники путем солпания методики аптпматизировапного изиэ-ройия спектральяых хзр^геристик ФМЭ и -"ільт-фэралніл характеристик. т такие щюгвпм^ расчета по ним гскомбивациогоп» р зар"' пппих трчмргрор:
зарядовых параметров ГР кренний-лиэлектрик структур 5i-Si02 к SI-Si02-Sit1N4 с далью отрабопси созданных методик автоматизированных измерения, изучения влияния различных режимов получения и -твотки диолектрических слоев на аккгрофизичесюю характерне-Tviui таких структур, з также определения возможности оптимизации этих характеристик;
определение оптимальной толщины пассивирующего слоя нитрила кремния, ncnoj зуемого для уменьшения врэмекпй деградации рекомбинационных и. зарядовых параметров структур кремния-диэлектрик;
расчет па ПЭВМ упругих напрякший и деформаций, оказываю пда влияние я.э электрофизические характеристики слоистых полупроводниковых струїпур.
Научная двизнз работы.
- разработана орипшальяая методика автоматизированного из
мерения спектральной зависимости э.д.с. ФМЭ и расчета И! при
произвольных толщинах полупроводниковой пластиды, произвольных
уровнях легирования, произвольных капрякенносгях магнитных шлея
-_ІКїклячая--квантующие), пp(JИзвoльныx соотношениях между толщиной облаете* (фиповерхнестного заряда (ОПЗ) И дайузионной длиной, о также произвольного поглощения света с учетом многократного отражения от поверхности пластины. Создан аппаратно-программный комплекс, {«ализующий эту методику;
впервые с помощью мотодики автоматизированного*" измерения ФМП исследованы РП при различных режимах получения и легирования слоев диоксида кремния в структурах S1~SI.0?. Получены оптималь пт <
діл структур sl-SiOg-slgN^ определены области оптимальных ре'кимов осаждения диэлектрических пленок нитрида кремпия и их толщин, обладающие наиболее ч«тко выраженными'зашитыми и стогн-.та^иршйцими свойствами;
нэ основе метода конечных злементов пройден расчет грет мерного поля температурных внутренних механических напряжений п компонентах двухслойной полупров^лчиковой структуры Si-SlOg, су щ$їстбєпчо влиянтох на физичетио papameipu и рабочие хяроктериг
Ті ТО" ПСЛУРЄМЬ'Х ПРЧбОРО".
Практическая ценность.
Полученные в процессе работы аал диссертацией результат лозволили создать новую методику автоматизированных измерения спектральных характеристик ФМЭ. необходимую как для изучения Фи зичегашх механизмов, ответственных за. формирование рекомбинаци онно-генорациошшх и зарядовых свойств границы раздела ДІЇ в раз .личных условиях, так и для контроля технологических процессов и нахождения оптимальных режимов синтеза и обработки ди .лектричес-ких слоев. Представленный в диссертации комплекс annapa>jo-программных средств позволяет осуществлять раннюю диагностику качества исходных слоистых структур и можэт оыть использован как для чабооатоших исследоваьчй так и в АСУ Г11 производства издэ лий никрозлеіоронноа техники/
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались и ийсуаща-тась: на заседаниях кафедры общей физшси и физики твердого тела Киевского политехнического института (1988-1992 г.г.К из семинарах отделеьлн гиЗких автоматизированных технологий ОКБ математических машин ^ систем Института кибернетики им. В.М.І'лушкова АН -сраины (1987-1991 г.г.); на конференции "Автоматизация управления технологическими npt цессами производства надалі.. мик-іюзлектроншси" (1988 г.); на Школе-семинаре молодых ученых "дк туальиь'о и обломы кибернетики и инфошатики" (198? і ) на семи наре "Оптимизация хшшю-технологическнх процессов"' (1988 г.'); на выставке-яомаоке "Достижения НГК "Институт кибеинетики имени В.М.Глушкова" в области программного обеспечения" (199U г.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 7 работ. Список приводя в конце автореферата.
Положения, выносимые на защиту.
-
«отодика автоматизированных изменим спектральних хь ракгеристик э.д.с. ФМЭ и расчета рекомбинарчонных параметров ДІЇ-структур на основании полной аналитической модели ф гомагштюго аффекта, а также аппаратно программный комплекс рвализушшг эту кетодику.
-
эффект минимизации скорости пиверхносиюа рвКЖШНаІїНИ полупроводниковых струк ;р Sl-S10?, цоститчемьа .шировчниэм т нами В' с знерииа 16 КзН лиЗо со сторони е.иол диокс-идз лиоо г пильное стороны. При анеріии ионов 4U » н, КэЬ достигается млкс
ч
имум времени жиини неосновных носителейя причем ннибольший эффект дает бомбардировка структуры с двух сторон.
3) Оптимизация рокомбшациоЕных параметров ГР структуры S1-
Si 0? - максимум времени жизни неосновных носителей и минимум
скирости пов8рхностн1й рекомбинации - достигаемая диффузионным
легированием фосфором слол диоксида с копцентр'-дай G% или ион
ным легированием фосфором с знергиэй 50 КэВ и ДОЗОЙ 1,5
МККЛ/СМ2.
4) Режим осаждения слоя иигрвдз кремния со скоростью 70 -
80 А/Мин, при температуре 350 - 400С, до толщины 20 пм, позволяющий получить оптимальныэ (с точки зрения технологии производства изделия кикрозлеотроники) значения злекгрофизичэских пара-нвгров т">аницы раздела кремния-диэчектрик в струстуро Si-S102-Si3N^. Для лучшей стабилизации воличин олоктрофкзических параметров толщину слоя нитрида следует увалзиить до 50 нм.
5) Характеp распределения внутренних мехэнических напряже
ния (ВИН) в структуре кремгит-диоксад, вознигающих при охлазде
нии от температуры формирования слоя диоксида ДО комнатной, рас-
с тайного на основании метода конёчных элементов, ВМН имеют но-
линейні распредвление по глубино, сосродоточоны в области Гра
нины раздела и в этоа области уменьша!отея от центра к крага плас
тины, в то время как на тыльной стороно они в отом паправлении
увеличивается.
Структура и объ^м работы.
Диссоргационная работа состоит из вводания, пяти глав, выводов, списка использованных литературных источников и трех приложений. Работа содеркит 124, страницы машинописиого текста, включая 16 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 172 назва-ma. Работа выполнена в соответствии о планом ааучно-исследоватольских работ кафодры обшей физики и физики твердого -. ла Киевского политехнического института (х/г N 1У6/10 "Разработка физических основ создания устройств првдварительпоа диаг-Hости. .: МЛП-структур Для автоматизации технологических процессов производства интегральных схе;' 01.02.80 + 31 12.90г.).