ЗМІСТ
ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ
ВСТУП
РОЗДІЛ. 1. ПАРАМЕТРИ ПЛІВОК ТаО ТА ЇХ ЗМІНА ПІД ВПЛИВОМ
ОБРОБОК
1.1. Вступ
1.2. Отримання і властивості МНОТ- і ТОТ-плівок
1.2.1. Властивості МНОТ-плівок і МДН-структур на їх основі.
1.2.2. Вплив матеріалу металевого електроду на властивості МДН структур з МНОТ-плівками
1.2.3. Властивості ТОТ-плівок та МДН-структур на їх основі
1.3. Вплив термічного відпалу на властивості плівок ТаО і МДН-структур на їх основі
1.3.1. Відпал плівок МНОТ
1.3.2. Відпал ТОТ-плівок
1.4. Вплив опромінення ?-квантами Со на властивості структур М-ТаО-Si
1.4.1. Вплив ?-опромінення на властивості МНОТ-плівки та МДН-структур на їх основі
1.4.2. Вплив ?-опромінення на властивості ТОТ-плівки та МДН-структур на їх основі
1.5. Вплив НВЧ
ВИСНОВКИ
РОЗДІЛ 2. МЕТОДИКА ВИГОТОВЛЕННЯ ЗРАЗКІВ ТА ТЕХНІКА ЕКСПЕРИМЕНТУ.
2.1. Отримання плівок та МДН-структур на їх основі
2.2. Мікрохвильовий відпал
2.3. Вольтфарадні характеристики
2.4. Вольтамперні характеристики
2.4.1. Емісія Шотткі
2.4.2. Обмеження просторовим зарядом
2.4.3. Ефект Пула-Френкеля
2.5. Атомно-силова мікроскопія.
2.6. Оже-спектроскопія
2.7. Модуляційна спектроскопія відбиття
2.8. Профіль кривизни
ВИСНОВКИ
РОЗДІЛ 3. ВПЛИВ МІКРОХВИЛЬОВОГО ОПРОМІНЕННЯ НА МДН СТРУКТУРИ З ОКИСЛЕНИМ ТАНТАЛОМ
3.1. Атомно-силова мікроскопія
3.2. Радіус кривизни
3.2.1. Радіус кривизни структур з ТОТ-плівками
3.2.2. Радіус кривизни структур Al-SiO-Si
3. Електровідбиття
3.4. Оже-профілі
3.5. ВФХ
3.5.1. ТОТ-плівки
3.5.2. МНОТ-плівки
3.5.3. Вольтфарадні характеристики кремнієвих МОН структур
3.6. ВАХ
3.6.1. ВАХ МДН структур з ТОТ плівками
3.6.2. ВАХ МДН структур з МНОТ-плівками
3.6.4. Температурні вольтамперні характеристики
3.7. Релаксація
3.7.1. Короткочасова релаксація (перша година після опромінення)
3.7.2. Релаксація МДН структур протягом року
3.7.3. Релаксація переходу плівка МНОТ-напівпровідник ДН структур протягом двох років
ВИСНОВКИ
РОЗДІЛ 4. ВПЛИВ КОРОТКОЧАСОВОГО МАЛОПОТУЖНОГО МІКРОХВИЛЬОВОГО ОПРОМІНЕННЯ НА МДН СТРУКТУРИ З ДІЕЛЕКТРИЧНИМИ ПЛІВКАМИ МНОТ ЛЕГОВАНИМИ Ті
4.1. Вступ
4.2. Атомно-силова мікроскопія
4.3. Рентгенівський аналіз
4.4. Зміна ємнісних характеристик МДН структур з легованими Ті МНОТ-плівками під впливом опромінення
4.5. Вплив мікрохвильового опромінення на вольтамперні характеристики МДН структур з легованими Ті МНОТ
ВИСНОВКИ
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ
ДОДАТОК
ЛІТЕРАТУРА
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ
АСМатомна силова мікроскопіяАЦПаналого-цифровий перетворювачВАХвольтамперна характеристикаВФХвольтфарадна характеристикаНВЧнадвисока частотаЦАПцифро-аналоговий перетворювачМНОТмагнетронно напилений окисел танталуТОТтермічно окислений танталМДНметал-діелектрик-напівпровідникДНдіелектрик-напівпровідник ВМНвнутрішні механічні напруги Sплоща металізації МДП структури Сємність насичення МДН структури dтовщина діелектричного шару ?механічні напруги ?прдіелектрична стала прошарку SiOx ?н/пдіелектрична стала напівпровідникової підкладки ?bвисота бар'єру kстала Больцмана
ВСТУП
Актуальність теми. Використання матеріалів з високою діелектричною сталою дозволяє створювати МДН структури з меншими геометричними розмірами, одночасно з більшою ємністю. В мікроелектроніці подібне введення дозволяє суттєво зменшити розміри інтегральних мікросхем, чи підвищити їх функціональність за рахунок збільшення кількості елементів. Перехід з класичного діелектрика SiO на альтернативні - з високою діелектричною сталою дозволяє підвищити ємність МДН структур, одночасно зменшивши їх струми витоку []. Серед таких альтернативних діелектриків як AlO, TiO виділяється ТаО, до переваг якого відносяться малі струми витоку в робочих режимах [], велике значення ? [], високі поля пробою, та хімічна стабільність [], зокрема - відсутність створення фази Та-Si до температур порядку оС []. Роботи та патенти по використанню нанотовщинних плівок ТаО при виготовленні елементів оперативної пам'яті, кожен біт якої складається з кількох МДН структур, існували ще у -х роках минулого сторіччя [], але дослідження та практичне використання діелектрика ТаО актуальне і до цього часу []. Великий вклад в розвиток МДН електроніки з діелектриком ТаО внесено професором Атанасовою Є.Д. зі співробітниками (Інститут фізики твердого тіла Болгарської Академії Наук) []. В НВО "Інтеграл" (Мінськ, Білорусь) Пилипенко В.А. та Петлицкой Т.В. з співавторами впроваджено в виробництво виготовлення схем пам'яті та модернізованих інтегральних мікросхем регулятора напруги L на основі двошарових конденсаторів SiO-TaO []. Оскільки елементи сучасної мікроелектроніки та обчислювальної техніки працюють на гігагерцових частотах, то важливим є дослідити вплив НВЧ опромінення на МДН структури з діелектриком ТаО5. Зокрема - при переході на нові діелектричні матеріали постають актуальні питання як про деградацію новітніх МДН структур по мірі НВЧ обробки, так і зміцнення їх стійкості до НВЧ впливу.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами:
Дисертаційна робота виконувалася в рамках тем:
"Фізичні та фізико-технічні основи створення напівпровідникових матеріалів і функціональних елементів для систем сенсорної техніки", - рр. (Постанова Бюро ВФА НАН України № від р., номер держреєстрації U).
"Вивчення впливу надвисокочастотного випромінювання на утворення, розпад і відпал домішково-дефектних комплексів у гетерогенних структурах на основі сполук АВ", - рр. (Постанова Бюро ВФА НАН України № від , номер держреєстрації U.
"Механізми впливу технології отримання і зовнішніх факторів на властивості напівпровідникових структур і функціональних елементів сенсорних систем на їх основі", - рр. (рішення Бюро ВФА НАН України № від р., номер держреєстрації U).
"Микроволновое излучение как альтернатива высокотемпературных отжигающих процессов для диэлектриков с высокой диэлектрической константой на Si; (TaO; Ti:TaO; Hf:TaO)", - рр. (проект № від програми наукового співробітництва між інститутами Національної Академії Наук України та Болгарської Академії Наук).
Мета роботи полягала у дослідженні зміни параметрів нанотовщинних МДН структур з тонкоплівковим аморфним окислом танталу при впливі на них малопотужного мікрохвильового опромінення та розробки методик, що дозволять зменшити залежність характеристик МДН структур від дози опромінення.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:
- дослідити вплив мікрохвильового опромінення на властивості МДН структур з МНОТ-, ТОТ-плівками;
- вивчити фізичні процеси, які виникають на межі
розділу діелектрична плівка-напівпровідник після мікрохвильової обробки;
- розробити методику, яка дозволить зменшити вплив НВЧ опромінення на МДН структури;
- дослідити короткочасову (години) та довгочасову (місяці) релаксацію внутрішніх механічних напружень (ВМН) МДН структур з нанорозмірною плівкою ТаО після мікрохвильового впливу.
Об'єктом дослідження є процес зміни параметрів МДН структур та діелектрик-напівпровідник (ДН) з тонкоплівковим аморфним окислом танталу під впливом мікрохвильової обробки.
Предметом дослідження обрано МДН та ДН структури з тонкоплівковим аморфним окислом танталу, що нелеговані та леговані титаном, отримані методом магнетронного напилення оксиду танталу (МНОТ) та термічним окисленням танталу (ТОТ).
В роботі використані такі методи дослідження: метод вимірювання вольтфарадних характеристик (ВФХ) для визначення ємності насичення структур, фіксованого заряду, заряду повільних станів; метод вимірювання вольтамперних характеристик (ВАХ) у діапазоні температур - К, який дозволяє вивчати механізми струмопереносу в структурах; метод ВАХ при кімнатній температурі для визначення струму витоку та напруги пробою; метод електронної Оже-спектроскопії (ЕОС) для визначення профілю розподілу компонентів у структурах; метод атомно-силової мікроскопії (АСМ) для аналізу морфології поверхні металу та діелектрика (в МДН та ДН структурах відповідно); модуляційна спектроскопія електровідбиття для аналізу ширини забороненої зони діелектрика та напівпровідника та зіштовхувального параметру уширення Г напівпровідника; метод профілометрії для аналізу внутрішніх механічних напруг (ВМН) на межі діелектрик-напівпровідник.
Наукова новизна роботи полягає в наступному:
- показано, що під впливом НВЧ опромінення спостерігаються немонотонні зміни параметрів МДН структур, з відтворюваною тенденцією, що залежить від технологічної передісторії структур, а саме:
- встановлено, що зміни параметрів МДН структур відбуваються внаслідок релаксації внутрішніх механічних напруг на межі діелектрик-напівпровідник;
- запропоновано механізм покращення приповерхневих властивостей межі
розділу ТаO-Si при мікрохвильовій обробці, що полягає в її структурно-домішковому впорядкуванні, що супроводжуються релаксацією ВМН та масопереносом нанорозмірного шару SiOx, який виникає на межі
розділу в процесі формування плівки ТаО;
- показано, що зменшення ВМН у вихідних структурах шляхом легування діелектричної плівки ТаО титаном приводить до зменшення впливу НВЧ опромінення на МДН структури;
- виявлено ефект поверхневого квантування енергії електронів у трикутній потенціальній ямі, що виникає в результаті інверсії поверхневої провідності на межі
розділу SiOx-Si в двошаровій плівці ТаО-SiOx-Si після мікрохвильової обробки.
Практична цінність роботи полягає в:
- вивчення тенденції зміни параметрів МДН структур на основі МНОТ- та ТОТ-плівок під впливом короткочасового НВЧ опромінення;
- дослідження релаксаційних процесів в МДН структурах на основі МНОТ- та ТОТ-плівок після НВЧ обробки;
- розробці методу підвищення стійкості МДН структур до НВЧ опромінення.
- розробці програмного забезпечення для аналізу ВФХ МДН структур.
Практичні результати роботи
1. Показано, що використання НВЧ опромінення може в рази підвищити ємність насичення та зменшити струми витоку МДН структур з нанотовщинними МНОТ- та ТОТ-плівками в діапазоні часів експозиції - с.
2. Виявлено, що основні зміни в МДН структурах з МНОТ- та ТОТ-плівками відбуваються на межі поділу діелектрик-напівпровідник.
3. Розроблено методику підвищення стійкості МДН структур до НВЧ опроміненню, що полягає в легуванні нанотовщинної МНОТ-плівки титаном.
4. Розроблено програму для аналізу ВФХ МДН структур, що дозволяє розраховувати ємність та напругу плоских зон.
Особистий науковий внесок дисертанта у роботах, що опубліковані в співавторстві, полягає у проведенні НВЧ опромінення МДН [-] та ДН структур [,,-], вимірювань електричних характеристик МДН структур з ТОТ- та МНОТ-плівками [-,-] та обробці експериментальних результатів [-], розробці програмного забезпечення для аналізу ВФХ. Дисертант брав участь в інтерпретації та узагальненні отриманих результатів. Здобувач має робіт без співавторства.
Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися й обговорювалися на:
- rd International Conference on Microelectronics (Nis, Yugoslavia, );
- th International Symposium "Thin Films in Optics and Electronics" (Kharkov, Ukraine, );
- ІХ, Х, XI Міжнародній конференції "Фізика і Технологія Тонких Плівок" (Івано-Франківськ, Україна, , , );
- ІV, V Міжнародній школі-конференції "Актуальні проблеми фізики напівпровідників" (Дрогобич, Україна, , );
- Міжнародній науково-технічній конференції "Информационные и электронные технологии в дистанционном зондировании". (Баку, Азербайджан, );
- , Международной конференции "Взаимодействие излучения с твердым телом". (Минск, Беларусь, , );
- -а Міжнародній науково-технічній конференції "Сенсорна Електроніка та Мікросистемні Технології" (Одеса, Україна, ).
Публікації. По матеріалах дисертації опубліковано робіт, з них монографія, статей у провідних фахових журналах та у збірниках праць міжнародних наукових конференцій.
Структура та об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох
розділів та заключної частини.
В роботі сторінок машинописного тексту, із них сторінки основного тексту та сторінок додатків, ілюстрацій, таблиць та список
- Київ+380960830922