ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКИЕ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ МОП СТРУКТУР

Кучкаров Б.Х., Власов С.И., Сулайманов А.У

Национальный университет Узбекистана им. М. Улугбека, НамГУ.

baron_3993@mail.ru

Структуры типа металл - окисел - полупроводник (МОП) на основе кремния в настоящее время являются основой широкого класса полупроводниковых приборов и структурных элементов интегральных схем. При этом, характеристики границы раздела полупроводник - окисел могут оказывать существенное влияние на параметры изготавливаемых приборов и Структурных элементов [1,2]. В настоящей работе приведены результаты исследований влияния термоциклических обработок на плотность заряда, локализованного на межфазной границе Si - SiO₂ структур МОП, содержащих примесь никеля в кремнии. Выбор примеси никеля обусловлен имеющимися данными, указывающими на существенное усложнение расыределения плотности поверхностных состояний на границе Si-SiO₂ [3].

Исследовались структуры типа А1 - SiO₂ - n - Si, на основе кристаллического кремния (КЭФ-5) легированного N1 диффузионным способом. Структуры изготавливались методом термического (Т=900 С⁰ , t = 30 минут) окисления кремния в хлоросодержащей среде. Толщина слоя SiO₂ составляла 900-950 ангстрем. .Алюминий наносился при помощи вакуумного осаждения. Диаметр управляющих электродов 2 мм. Изготовленные структуры подвергались термоциклической обработке путем погружения их в жидкий азот на 20 секунд и извлечения на воздух.

На рисунке 1 приведены дифференциальные распределения плотности поверхностных состояний (рассчитанные по экспериментальным С-У характеристикам согласно [4,5]) для контрольных структур А1-SiO₂-n-S-<Ni>, измеренные до термических обработок (зависимость 1), после 15 термоциклов (зависимость 2) и после 30 термоциклов (зависимость 3).

Стрелками отмечены локальные максимумы на распределениях плотности поверхностных состояний, наблюдаемые как в наших структурах МОП, так и в структурах, описанных в работе [3]. Из приведенных зависимостей видно, что в результате первых 10-15 циклов термических обработок распределение плотности поверхностных состояний несколько сглаживается и уменьшается по абсолютной величине. Такое поведение-распределения плотности поверхностных состояний указывает на уменьшение интегрального положительного заряда (т.е. суммарных зарядов встроенных в слой диэлектрика и локализованных на поверхностных состояниях границы раздела Si-SiO₂) [2,3]. Однако последующие термоциклические обработки, как видно из зависимости 3, приводят к росту величины плотности поверхностных состояний. Более того, при увеличении числа циклов термической обработки. На распределении плотности поверхностных состояний по ширине запрещенной зоны кремния исчезают локальные максимумы.

Контрольные измерения тангенса угла диэлектрических потерь (выполненные в диапазоне температур -70 +20°С и частот 300- 700 кГц) показали, что вовсе структурах, прошедших длительную термоциклическую обработку, температурная зависимосгь тангенса угла диэлектрических потерь имеет ярко выраженный характер сквозных потерь.

Более того, при увеличении числа циклов термической обработки на Высокочастотных вольт-фарадных характеристиках структур, не наблюдалось инверсионных полочек даже при значительном увеличении прикладываемых напряжений.

Рис.1. Распределения плотности поверхностых состояний для исследованных структур.

Такое поведение указывает на увеличение токов утечек через диэлектрик, т.е. на ухудшение его диэлектрических свойств. На основании полученных данных можно сделать следующие выводы. Термоциклические воздействия в пределах 15 термоциклов, структур А1-SiO₂-n -S-<Ni>, проводят к сглаживанию дифференциального распределения плотности поверхностных состояний по ширине запрещенной зоны кремния и к уменьшению интегрального положительного заряда.

Литература

1. В.С. Першенков, В.Д. Попов, А.В. Шальнов. Поверхностные радиационные эффекты в ИМС. М., Энергоатомиздат, 1988.

2. Ю.С. Чистов, В.Ф. Сыноров. Физика МДЛ-структур. Воронеж, Издательство ВГУ, 19.86.

3. С.З. Зайнабидинов, СИ. Власов, И.Н. Каримов. Влияние никеля и у -
облучения на плотность поверхностных состояний. ФТП. 1986г. т.20. Вып.7
стр.1348.

4. Л.С. Берман, А.А. Лебедев. Емкостная спектроскопия глубоких центров в полупроводниках. Л. (1981) С. 176.

5. СИ. Власов, А.А. Насиров, Х.А. Абдусаматов, В, Абдуазимов. Экпресный метод определения параметров границы раздела полупроводник-диэлектрик. Узбекский физический журнал 1994г. № 6, стр.69-71.