автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Оптимизация технологии формирования элементов интегральной электроники с пониженной дефектностью на структурах кремний на изоляторе

На правах рукописи

МУСТАФАЕВ АБДУЛЛА ГАСАНОВИЧ

Оптимизация технологии формирования элементов интегральной электроники с пониженной дефектностью на структурах кремний на изоляторе

Специальность: 05.27.01 — Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0г

Владикавказ 2006

Работа выполнена на кафедре материалов и компонентов твердотельной электроники Кабардино-Балкарского государственного университета

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Кармоков А,М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тимошенков С.П.

кандидат технических наук, профессор Мерзлов B.C.

Ведущее предприятие:

ЗАО «ЭПЛ», г. Зеленоград

Защита диссертации состоится " 25 " декабря 2006 г. в 11 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета К 212.246.02 Северо-Кавказского горнометаллургического института (государственного технологического университета), по адресу: 362021, PCO- Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева 44, Ученый совет СКГМИ (ГТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СКГМИ (ГТУ).

Автореферат разослан "20" ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ширяев A.B.

к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение степени интеграции, уменьшение размеров элементов интегральных схем (ИС) непосредственно связано с качественным изменением свойств соответствующих активных и пассивных элементов. Для этого требуется решение двух взаимосвязанных задач: поиск новых материалов, способных обеспечить все возрастающие требования к элементам ИС, и совершенствование технологии их формирования.

Данное обстоятельство создало новую ситуацию в микроэлектронике, которая характеризуется тем, что вертикальные размеры активных областей элементов микросхемы становятся соизмеримыми с планарными размерами, т.е. транзисторные структуры элементов микросхем становятся «трехмерными». С другой стороны, резкое уменьшение планарных размеров конструкций элементов привело к возникновению новых проблем, среди которых наиболее важными являются: физические ограничения, связанные с предельно высокими электрическими полями в активных областях ИС; технологические, связанные с флуктуация ми легированных примесей и необходимостью выполнения огромного числа малонадежных межсоединений элементов микросхем; схемотехнические, связанные с увеличением энергопотребления и большим разрывом в быстродействии транзисторов сверхбольших ИС (СБИС); ограничения по стойкости СБИС к внешним воздействующим факторам (ВВФ), связанные с соизмеримостью вносимых дефектов с размерами активных областей структур и т.д.

Решение данных проблем связано с совершенствованием технологии формирования и разработкой СБИС с повышенной устойчивостью к ВВФ на основе использования кремний- на- изоляторе (КНИ) - структур.

Разработка на основе КНИ- структур для СБИС с уровнем энергодинамики и стойкости к ВВФ, существенно превышающий аналогичные параметры интегральных схем на основе традиционной элементной базы, является актуальной проблемой.

Применение КНИ- структур позволяет уменьшить влияния паразитных эффектов и повысить надежность изоляции рабочего объема прибора от остальной схемы и подложки, а так же исключает нежелательные эффекты, в частности, устраняет взаимовлияние между элементами схемы и повышает быстродействие приборов, уменьшается потребляемая мощность. Все это позволяет увеличить интегральную плотность элементов.

Недостатком такой структуры является низкое качество границы раздела кремний- изолятор, которое обусловливается рассогласованием кристаллических решеток кремния и подложки. Последнее приводит к

генерации дефектов кристаллической решетки, возникновению механических напряжений в эпитаксиальном слое и к ухудшению электрофизических параметров структур.

Среди КНИ- структур существенный объем по различным областям применения занимают структуры кремний на сапфире (КНС). Однако, высокая стоимость сапфирового основания и низкое кристаллографическое совершенство формируемых кремниевых эпитаксиальных пленок являются препятствием для их широкого применения. Одним из выходов в сложившейся ситуации является разработка новых и перспективных технологий, с помощью которых станет возможным формирование совершенных КНИ- структур с требуемым набором структурных и электрофизических параметров.

Настоящая работа выполняется в соответствии с федеральной целевой программой «Электронная Россия» на 2002-2006гг.

Целью работы является исследование возможности оптимизации технологии формирования КНИ- структур для управляемого изменения свойств границы раздела диэлектрик- полупроводник.

Для достижения указанной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

разработка способов совершенствования технологии создания КНИ-структур с улучшенными электрофизическими параметрами;

* определение механизмов образования дефектности в процессе формирования КНИ- структур;

выявления связи между конструктивно- технологическими особенностями КНИ- структур и их параметрами;

* совершенствование и оптимизация конструкции КНИ- структур с целью повышения их радиационной стойкости (РС);

• оценка эффективности использования ионной имплантации для управления зарядовым состоянием КНИ- структур и их электрофизическими параметрами.

Методы исследования. В работе использованы метод эллипсометрии, вольт- фарадный, инжекционный, электрографии и электронно-микроскопические методы.

Научная новизна работы заключается в следующем: показана возможность применения обработки структур КНИ ионным пучком для управляемого изменения свойств границы раздела диэлектрик- полупроводник и электрофизических параметров приборов на их основе;

• установлены общие закономерности воспроизводимого формирования КНИ- структур с заданными электрофизическими параметрами; исследовано влияние условий формирования КНИ- структур на электрические и структурные свойства границы раздела эпитаксиальная

пленка- подложка;

установлена взаимосвязь между конструктивными особенностями КНИ-

структур и их параметрами, определены пути оптимизации конструкции; * впервые предложены и защищены патентами России конструктивно-

технологические методы снижения дефектности и токов утечки в

КНИ- структурах.

Практическая значимость работы:

Установленные теоретические и экспериментальные закономерности поведения свойств границы раздела диэлектрик -полупроводник и параметров КНИ- структур могут быть использованы при разработке новых и оптимизации существующих технологических процессов создания изделий твердотельной электроники с улучшенными хар актеристикам и.

Разработан и предложен для практического применения совмещенный в едином технологическом цикле способ создания полупроводниковых приборов на КНИ- структурах с использованием процессов обработки высокоэнергетичными электронами и ионами бора.

Полученные и систематизированные данные по изучению влияния ионного легирования и облучения на параметры КНИ- структур апробованы и используются в ОАО СКБ «Элькор» при разработке радиационно-стойких интегральных схем и изготовлении маломощных высокочастотных транзисторов с улучшенными электрическими параметрами.

Положения, выносимые на защиту

1. Использование преимущественного проявления одного или совокупности эффектов воздействия ионов низкой энергии, позволяющее обеспечить улучшение параметров границы раздела полупроводник-диэлектрик.

2. Влияние легирования ионами на параметры КНИ- структур и новые технологические маршруты получения полупроводниковых структур, обладающих улучшенными параметрами и повышенной надежностью.

3. Оригинальные технологические решения, включающие радиашюнно- термический процесс, повышающий надежность приборов на основе КНИ- структур.

4. Конструктивно- технологические варианты исполнения КНИ-структур, обеспечивающие наилучшие сочетания электрических параметров приборов.

5. Взаимосвязь между электрофизическими параметрами и зарядовым состоянием областей КНИ- структур.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов

сформулированных в диссертации, подтверждается согласованностью полученных результатов и следствий из них с известными литературными,

теоретическими и экспериментальными данными, результатами апробирования я внедрения в технологии изготовления полупроводниковых приборов и ИС.

Личный вклад автора. Диссертация представляет итог самостоятельной работы автора, обобщающей полученные лично им результаты, а также в соавторстве с сотрудниками КБГУ и ОКБ «Элькор». В цитируемых автором работах ему принадлежит выбор основных направлений и методов решения задач, трактовка и обобщение полученных результатов.

Апробация работы. Основные результаты докладывались на: Второй Всероссийской научной internet- конференции «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках», Тамбов, 2001; Международном симпозиуме «Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах», ОМА-2002, Сочи, 2002; Российских конференциях по материаловедению и физико- химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе, Москва, 2003, 2005; Международном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов», ОДРО- 2003, Сочи, 2003; Всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива- 2005; 2006», Нальчик, 2005, 2006; V международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисловодск, 2005; научных семинарах факультета микроэлектроники и компьютерных технологий КБГУ, Нальчик (2004- 2006гг).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 11 печатных работах. По материалам диссертации получены 3 патента РФ.

Объем н структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Работа содержит 149 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 116 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследовании.

В первой главе систематизированы данные по различным подходам и методам формирования КНИ- структур.

Анализ характеристик КНИ- структур полученных методом сращивания кремниевых пластин, гетеро- эпитаксией кремния на сапфире и перекристаллизацией кремниевых пленок на аморфной подложке показывает, что широкое использование зтих структур в технологии БИС и СБИС сдерживается в связи с низким качеством границы раздела кремний- изолятор, приводящий к существенным токам утечек через структуры. На гетеро-

эпитаксиальных структурах (КНС) низкое качество границ, как известно, обусловлено влиянием повышенной плотности дефектов, генерируемых в процессе роста из-за не соответствия кристалло- физических параметров подложки и пленки. Причем последний фактор существенно сказывается при попытках использования этих структур для изготовления БИС и СБИС по субмикронной технологии.

Несмотря на значительные успехи в технологии К НИ- структур, получаемых зонной перекристаллизацией кремниевых пленок на аморфных подложках, приборы и элементы БИС также характеризуются повышенными токами утечек, обусловленными наличием встроенного заряда на границе 5Ю3. В связи с этим понятно, что включение в технологии КНИ- структур операции направленных на компенсацию образующегося встроенного заряда существенно расширило бы возможности этого метода.

Известно, что одним из ключевых моментов технологии сращивания пластин является целостность границ раздела. Нарушение целостности границ по данной технологии связано с образованием локально несвязанных областей (пор) между двумя связываемыми пластинами. Для устранения этих нарушений достаточно эффективно повышение температуры процесса сращивания. Однако увеличение температуры ведет к возникновению в структуре механических напряжений, наличие которых приводит к генерации структурных дефектов, отрицательно сказывающихся на ВАХ приборов и элементов интегральных схем.

Показано, что пленки кремния над изолирующими слоями, полученными имплантацией ионов кислорода или азота, позволяют обеспечить получение микросхем с улучшенными характеристиками по сравнению с аналогичными приборами изготовленными на объемных кремниевых пластинах.

Во второй главе описаны использованные в работе методы исследования и анализа свойств и параметров диэлектрических пленок и МДП- структур.

Толщина диэлектрических пленок на структурах измерялась эллипсометрическим методом.

Описаны метрологические особенности вольт- фарадного метода определения параметров МДП- структур, в части измерения диэлектрической проницаемости, эффективного встроенного заряда, пороговых напряжений и плотности поверхностных состояний. В работе измерения проводились на лабораторном стенде автоматического измерения С- V- характеристик.

В работе описан разработанный инжекционный метод комплексного контроля параметров диэлектрика в системе МДП путем подачи на структуру прямоугольного импульса тока заданного уровня. Метод позволяет измерять емкость МДП- структуры, ВАХ, напряжение микропробоя, временную зависимость изменения напряжения на структуре, характеризующую процесс зарядовой деградации, а также величину заряда, инжектированного в диэлектрик,

вплоть до пробоя образца.

Поскольку напряжение начального пробоя и время его задержки в условиях гтредпробойных электрических полей чувствительны как к количеству, типу дефектов, так и к механизмам любых видов поляризации, то исследование этих характеристик позв ол ил о получить пространственное распределение электрических дефектов различных типов.

Показано, что величина фиксированного заряда в оксидной пленке определяется условием начальных стадий процесса окисления. Кинетические параметры процесса окисления и электрофизические свойства границы раздела БЮг обусловлены одними и теми же собственными точечными дефектами оксида, такими, как кислородные вакансии н внедренные «междоузельные» ионы кремния,

В третьей главе проведено исследование влияние технологических факторов на дефектность и параметры КНИ- структур.

Показано, что основные отличия между объемными МДП-транзисторами и МДП- транзисторами изготовленными по КНИ технологии обусловлены тем, что дефектность структур кремний- на- изоляторе является лимитирующим фактором при изготовлении полупроводниковых приборов и ИС на них. Большая часть дефектов возникает на стадии эпитаксии и они распределены по глубине эпитаксиапьной пленки.

Различие температурных коэффициентов линейного расширения кремния и диэлектрика приводит к появлению значительных внутренних напряжений в КНИ- структурах. Величина напряжений, действующих в слое кремния и диэлектрической подложке, зависят от соотношения толщины кремния и сапфира. Внутренние напряжения значительно влияют на электрофизические свойства пленки, изменяя значения удельного сопротивления и подвижности носителей заряда в кремнии.

Анализ стоковых характеристик МДП- транзисторов, изготовленных на КНС- структурах, показывает, что при одинаковых режимах ток стока и крутизна характеристик приборов на более совершенных пленках в 3 (для р-канальных) и 5 (для п -канальных) раз больше. Это обусловлено не только увеличением подвижности из-за снижения дефектов, но и изменением порогового, индуцированного полем затвора, поверхностного заряда, при котором появляется заметная проводимость канала.

Определено, что концентрация дефектов в кремнии в направлении, ортогональном к плоскости сапфира, убывает экспоненциально с характеристической постоянной, определяемой технологией изготовления структуры. Эти микродефекты образуют скопления точечных электрически активных дефектов. Кроме того, в кремний переходит часть атомов алюминия и кислорода.

Показано, что высокие значения обратных токов можно объяснить наличием положительного заряда на поверхностных состояниях вблизи границ раздела кремний- сапфир. Проведено исследование влияния имплантированных к

границе раздела ионов бора иа ток утечки. С этой целью ионная имплантация бора проводилась таким образом, чтобы пик концентрации ионов пришелся на границу раздела кремний- сапфир.

Результаты исследования показывают, что при имплантации ионов бора токи снижаются и достигают насыщения при дозе 210исм"3. Понижение токов утечки при имплантации можно объяснить компенсирующим действием ионов бора на положительный заряд на границе раздела кремний- сапфир. Способ снижения токов утечки в КНС- структурах защищен патентом РФ.

Получена зависимость поверхностного потенциала от концентрации заряженных состояний и определено распределение поверхностных состояний по энергиям в запрещенной зоне кремния. Плотность этих состояний имеет минимум (1012 см*3эВ"!) в середине запрещенной зоны и параболически растет к краям запрещенной зоны. Проведенный анализ показал, что изменение порогового напряжения пропорционально изменению толщины обедненного слоя, связанного с перезарядом центров у границы кремний-сапфир. Если пороговое напряжение изменяется во времени, то это приводит к изменению во времени тока стока.

Около границы кремний-сапфир имеется высокая концентрация ловушек и поверхностных состояний. В ходе отжига атомы AI встраиваются в узлы кристаллической решетки Si и служат дополнительными акцепторами. Этим и объясняются аномально высокие концентрация и разброс концентрации носителей в случае медленного роста слоя Si. Ионизация акцепторов AI под действием сильного электрического поля либо радиации приводит к возрастанию отрицательного заряда.

Отрицательный заряд поверхности раздела способствует нейтрализации положительного заряда в слое Si и уменьшает токи утечки п-каиала.

Исследование технологических режимов создания приборов на КНИ показало, что увеличение температуры отжига сапфира в водороде непосредственно перед наращиванием кремния от 980 до 1150 °С приводит к уменьшению тока утечки на два порядка в n-канальных МДП транзисторах

Для дальнейшего улучшения параметров КНИ структур разработана технология трёхступенчатого процесса эпитаксиального выращивания плёнок Si. На первом этапе из газовой фазы (S1H4 в атмосфере Нз) осаждают тонкий (100220 нм) слой Si и частично аморфизируют путем ионной имплантации Si+. Затем проводят рекристаллизацию Si в твердой фазе путем термического нагрева до 960°С в течение 1 часа в Н2. На заключительном этапе методом газовой эпитаксии толщину слоя Si доводят до заданной величины. Травление в парах HCl и последующее доращивание слоя Si проводят в едином процессе при 960°С. Энергию ионов Si+ выбирают так, чтобы исключить нарушения сапфировых подложек нонами Si+. Это влечет за собой генерацию дополнительной акцепторной примеси (AI), образование заряженных дефектов

в сапфире и, как следствие, появление избыточных токов утечки в МДП-транзисторах.

Показано, что переход кремний - сапфир представляет область переменного состава толщиной более 30 им. Переходная область, образующаяся в результате наращивания на поверхности сапфира эпитаксиального кремниевого слоя, состоит преимущественно из алюмосиликатов и представляет в целом сильно неупорядоченную систему. Наряду с алюмосиликатами в составе переходной области присутствует кремний. Материал с таким неупорядоченным строением обладает высокой плотностью локализованных состояний. Наличие между кремнием и сапфиром прослойки материала с высокой плотностью локализованных состояний оказывает сильное влияние на электрофизические процессы в структурах КНС. Так, перераспределение носителей заряда между локализованными состояниями и зонами в кремнии при термодинамическом равновесии приводит к появлению в кремнии области пространственного заряда (ОПЗ), эквивалентной наличию на границе раздела сосредоточенного заряда. Такое представление о природе заряда на границе кремний - сапфир хорошо согласуется с результатами работ по влиянию технологических факторов на характеристики границы раздела.

Таким образом, учет неупорядоченного характера строения перехода кремний- сапфир устанавливает причинную связь между зарядом на границе в структуре КНС и током утечки полевого транзистора и позволяет с единых позиций объяснить совокупность экспериментальных фактов, относящихся к этим вопросам.

Для снижения токов утечки, снижения напряжений в КНИ- структурах и улучшения параметров приборов разработан способ создания полупроводникового прибора (рис.1), основанный на формировании изолирующей подложки под слоем кремниевой пленки слоя диоксида кремния со скоростью осаждения 0,02 мкм/мин, толщиной 0,2+0,4 мкм при температуре подложки 700-И 080аС.

и.

Г

Ои I ЗЭТЫф Ус I

5Ю,

и4 исток Ёк СТОК

5<СЪ

подлета

Рис.1. Структура п- МДП КНИ транзистора

При этом на границе раздела кремниевая пленка-изолирующая подложка происходит снижение плотности структурных дефектов из-за уменьшения

несоответствия решеток. Способ изготовления полупроводникового прибора защищен патентом РФ,

В четвертой главе оптимизированы технологические процессы для формирования КНИ- структур с пониженной дефектностью.

Приведены результаты исследования свойств и профили распределения А1 и Р в пленках, выращенных на сапфировых подложках, предварительно обработанных ионным пучком Аг+ и 0+), в диапазоне доз (5-1012- 410ысм'2) с энергией (1(Н65)кэВ. Для снижения диффузии А1 К НС-структуры формировались при низких температурах.

Имплантация ионов 5Г в поверхностный слой подложки приводит к образованию тонкой и слабо разупорядоченной переходной области в пленке, которая уменьшает несоответствие решеток между эпитаксиальной пленкой и подложкой. Сравнение данных, полученных при внедрении различными дозами свидетельствует о том, что структурное совершенство пленки определяется дефектами на поверхности подложки, и для получения пленок с хорошей кристаллической структурой необходимо подобрать соответствующую дозу ионов.

Распределения А1 и Р определялась в необработанном образце и пленках на обработанных образцах. Концентрация А1 оценивалась на глубине 400-500 нм от поверхности. Установлено, что концентрация А1 в пленке 51, обработанной ионами Б Г в пять раз меньше, чем выращенной на необработанной подложке, а в пленке в), выращенной с имплантацией Аг+ содержание А1 — уменьшается до 2%. Пленка на образце, обработанная нонами кислорода, содержит наименьшую концентрацию А1 (1%). Столь малое содержание А1 в случае подложки с имплантированным кислородом обусловлено стабилизацией А1, поскольку образованные при разложении 31Н4 атомы взаимодействуют с имплантированным кислородом и на ранних стадиях эпитаксиального роста атомы А1 в свободном состоянии на границе раздела БьАЬОз отсутствуют.

Свойства пленок Б!, выращенных на сапфире путем диссоциации силана в плазме, зависят от температуры подложки, приложенной ВЧ-мощности и химической природы ионов, имплантированных в подложку до эпитаксиального роста.

Улучшить кристаллическую структуру пленки на сапфире можно и путем ионной имплантации и кислорода с последующим термическим или лазерным отжигом.

Только в случае наличия внутреннего аморфиз про ванного слоя последующая термообработка улучшает кристаллическую структуру пленки 51, при его отсутствии отжиг даже при 1000°С не приводит к улучшениям. При 600°С процесс отжига дефектов достигает насыщения уже в течение 40 минут. Повышение температуры отжига (П00оС, 1 час) приводит к дальнейшему улучшению качества пленки при этом желательно не повышать энергию

имплантированных ионов во избежание появления дополнительных дефектов ионной бомбардировки.

Дефектность структуры пленок кремния вблизи границы раздела с сапфиром удалось снизить при помощи эпитаксии в твердой фазе и последующего отжига структур. Для этого нами была разработана технология двойной эпитаксии в твёрдой фазе.

Первую стадию аморфизации внутренних областей Si проводили при дозе 1хЮ15 см"3 и энергии 190 кэВ (максимум распределения имплантированных ионов на глубине 300 нм), вторую- аморфизацию поверхностных слоев-соответственно при 2*1011 см'2 и 100 кэВ (150 нм). После каждой аморфизации образцы отжигались при 1000 °С в течении 20 мин в атмосфере N3, при этом в процессе термической рекристаллизации происходила эпитаксия в твердой фазе. Исследования показали, что первая стадия процесса аморфизирует слои Si, начиная от глубины 80 нм вплоть до границы раздела с сапфиром, а вторая стадия - поверхностные слои до глубины 180 нм. При этом было замечено существенное (на 2 порядка величины) снижение плотности структурных дефектов определенного типа (типа дефектов упаковки) как в поверхностных, так и в более глубоких (до 0,2 мкм) слоях Si, Основными остаточными дефектами в Si после твердофазной эпитаксии являются дислокации.

Каждая обработка почти на порядок снижает ток утечки стока МДП-транзисторов. Эпитаксия в твёрдой фазе улучшает структуру пленки Si на сапфире и подавляет генерацию избыточного тока на границе раздела Si -сапфир.

Показано также, что при двойной эпитаксии величина эффективной подвижности це)Тувеличивается в 1,5 и 1,2 раза по сравнению с для исходного материала, соответственно, дня п- и р- канальных транзисторов. Наблюдаемый эффект вызван улучшением качества структуры поверхностных слоев Si после второй эпитаксии.

Таким образом, методом двойной эпитаксии в твёрдой фазе можно улучшить по всей толщине кристаллическую структуру пленки Si на сапфире. Изготовленные на таком материале п- канальные транзисторы имеют меньшие величины токов утечки.

Плотность дефектов в верхнем слое Si существенно зависит от условий проведения имплантации. При имплантации с большой дозой, верхний слой Si даже после отжига содержит большое количество кристаллических дефектов, ухудшающих качество структуры. При формировании скрытых слоев ЭЮг важно обеспечить малую плотность дефектов в верхнем слое Si. Для снижения плотности дефектов имплантацию и отжиг проводили в несколько этапов. Отжиг проводили при 1300 "С в течение б часов в атмосфере смеси Аг- От. Далее на части образцов наращивали эпитаксиальный слой и проводили выявляющее травление для определения плотности дислокаций.

Зависимость плотности дефектов от дозы имплантации ионов кислорода при температуре подложки 550°С (рис.2) показывает, что при дозах менее 1,2-1018 см"2 плотность дефектов не превышает Ю3 см"2, а из зависимости плотности дефектов от температуры подложки в процессе имплантации (доза 1,2-1018 см'2) (рис.3) видно, что в случае проведения имплантации при температуре подложки выше 550°С плотность дефектов уменьшается до - 102 см" 2 от уровня см'2 при температуре 500°С. Для оценки электрических характеристик измеряли также напряжение пробоя скрытого слоя диоксида кремния. Измерения напряжения пробоя на структурах п^-п-БЮ^-п* с размерами 100x100 мкм дали следующие результаты. При дозе 0,6-Ю18 см"2 обеспечивается напряжение пробоя 40В - это вполне приемлемо для обычных БИС. Напряжение пробоя возрастает до 100В при 1,2-10" см"2 и -400В при 2101® см'2. Исследование образцов с помощью просвечивающего электронного микроскопа показали, что при дозах менее 0,2-1018 см'2 не образуется сплошной скрытый слой 8Юг. Однородный сплошной слой ЭЮг толщиной ~80нм образуется при дозе 0,4*10 |8см*2.

О 0.5 1,0 1.5 2.0 2.5 С 1Л»!

Рис.2. Зависимость плотности дефектов от дозы имплантации кислорода при температуре подложки 550°С

Поверхность раздела между верхним слоем и скрытым слоем 5Ю2 становится очень неровной при дозах 0,2-Ю1* см*2, одновременно в скрытом слое наблюдаются преципитаты - эти факторы уменьшают эффективную толщину скрытого слоя БЮг, что и приводит к снижению напряжения пробоя. Итак, подбор дозы имплантации ионов кислорода и температуры подложки для этого процесса воспроизводимо обеспечивает для структур КНИ плотность дислокаций до ~ Ю2 см"2 и напряжение пробоя скрытого слоя ЗЮ2 более 40В.

т §

ш

-е-

<ц ч

л

б

0

1

с П

10" 10* 10» 10' 10* «У5 10* 10" 10*

О .450 500 550 600 Т,*С

Рис.3. Зависимость плотности дефектов от температуры подложки при дозе имплантации кислорода 1,2хЮ18см'2

Расчетные профили распределения атомов кислорода после имплантации и после отжига показывают, что при дозах ниже критической образование слоя ЗГОг стехиометрического состава начинается вблизи пика распределения. Далее этот слой растет к поверхности и вглубь, а при дозах выше критической атомы кислорода, попавшие в уже образовавшийся слой 8Ю2, путем диффузии выходят преимущественно на верхней границе этого слоя.

Показано, что многоэтапный набор полной дозы, в отличие от имплантации за один процесс, обеспечивает смещение верхней границы скрытого слоя 8Ю2 поверхности подложки. Это смещение можно объяснить тем, что образующийся в процессе промежуточного отжига стехиометрический слой Б Юг способствует диффузионному перераспределению избыточных атомов кислорода.

С учетом проведенных исследований, были изготовлены МДП ПТ на КНИ- структурах.

Для изготовления использовали подложку п-типа с удельным сопротивлением 4,5 Ом-см и ориентацией поверхности в плоскости (100). В подложке создавали слой скрытого оксида толщиной 0,45 мкм методом ионной имплантации кислорода при энергии 200 кэВ в три цикла с интегральной дозой (0,6+0,6+0,б)1018 см"2 и плотности тока пучка ионов 20 мкА/см2. Образование 5Юз и восстановление кристаллической структуры Б! завершали отжигом при температуре 1300°С. После формирования диоксида кремния структуры обрабатывали высокоэнергетичными электронами дозой 2-10и +8-1016 см"2 с энергией 4 МэВ. При облучении высокоэнергетичными электронами происходит переход системы диэлектрик- полупроводник в равновесное состояние за счет переориентации кремний- кислородных тетраэдров, увеличивая число связей

ЭьО, уменьшается число дефектов в пленке и тем самым обеспечивается улучшение параметров структур кремний- на- изоляторе. Затем формировали структуру МДП- полевого транзистора. Полагая, что примесь в канале полностью активизирована, была оценена подвижность электронов в области канала, которая оказалась равной 910 см2/Вс. Способ изготовления полупроводникового прибора защищен патентом РФ.

Основные выводы

По результатам проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. Проведены исследования влияния имплантации ионов на границу раздела кремниевая пленка- сапфировая подложка. Предварительная обработка ионами БГ, 0+, Аг+ дозой (510|2-410и) см"2 с энергией (10-65) кэВ в подложку до эпитаксиального роста уменьшает несоответствие решеток между эпитаксиальной пленкой кремния и подложкой и улучшает структуру пленок кремния, за счет образования тонкой и слабо разоупорядочеиной переходной области в поверхностном слое подложки.

2. Плотность дефектов в верхнем слое кремния в КНИ- структурах зависит от температуры подложки при проведении имплантации и дозы нмплантации кислорода. Установлено, что оптимальными технологическими параметрами, обеспечивающими получение минимальной плотности дефектов (до ~102см*2), являются: температура подложки 550-600°С, доза имплантации 1,2-101гсм"2.

3. Разработан способ создания полупроводникового прибора на КНИ-структурах с пониженной дефектностью, основанный на формировании изолирующей подложки под слоем кремниевой пленки слоя диоксида кремния, со скоростью осаждения 0,02 мкм/мин, толщиной 0,2- 0,4 мкм, при температуре подложки 700- 1080°С, за счет снижения несоответствия решеток между пленкой кремния и подложкой. Способ защищен патентом РФ.

4. Показано, что между эпитаксиальным слоем кремния и сапфировой подложкой имеется переходной слой (порядка 30 нм), представляющий собой область переменного состава, включающая кремний и ал ю мое ил и кати ые соединения, которая оказывает влияние на электрофизические процессы в структурах КНИ и приводит к появлению в кремнии области пространственного заряда эквивалентной наличию на границе раздела сосредоточенного заряда. Установлено, что процесс двойной эпитаксии в твердой фазе обеспечивает снижение плотности дефектов и улучшения качества структуры поверхностных слоев кремния за счет подавления генерации на границе раздела кремний- подложка.

5. Плотность дефектов в КНИ- структурах при ионной имплантации снижается, если набор дозы имплантированного кислорода проводить в несколько этапов с промежуточными отжигами при 1300°С в течении 6ч в атмосфере смеси аргона и кислорода.

6. Определено, что в структурах кремний- на- изоляторе однородный сплошной скрытый слой диоксида кремния образуется при имплантации ионов кислорода дозой 0,4-1018см'2, который обеспечивает получение КНИ-структур с напряжением пробоя 40В, а подбор дозы позволяет регулировать толщину скрытого слоя Si02 и ее параметры.

7. Показано, что при имплантации ионов бора дозой (]-6)10|гсм"2 с энергией 25-3 5кэВ на КНИ- структуры токи утечки снижаются за счет компенсирующего действия ионов бора на положительный заряд на границе раздела кремний- изолятор и достигают насыщения при дозе (2-5-3)10|2см"г.

8. Разработан способ создания интегральных МДП- транзисторов на КНИ-структурах с улучшенными параметрами путем обработки высокоэнергетичными электронами дозой 21014 -s-8-lO16 см"2 с энергией 4 МэВ. Способ защищен патентом РФ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мустафаев А.Г., Авакимянц А.Г., Мустафаев А.Г. Проводимость структур кремний на сапфире //В сб. матер. Российской конференции по материаловедению и физико- химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе, Москва, 2005, С. 190-191.

2. Мустафаев А.Г., Мустафаев А.Г. Формирование радиационно- стойких КНД- структур //Труды молодых ученых, РАН Владикавказский научный центр, Владикавказ, 2004, вып.З, С.18-21.

3. Мустафаев А.Г., Кумахов A.M., Мустафаев А.Г. Основные процессы, происходящие при воздействии ионизирующего излучения на полупроводниковые структуры, и способы повышения их радиационной стойкости //Вестник ДНЦ РАН. 2003, №13, С. 22-28.

4. Мустафаев А.Г., Авакимянц А.Г., Мустафаев А.Г. Регулирование подвижности заряда ионным легированием //В сб. матер, пятой Российской конференции по материаловедению и физико- химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе, Москва, 2005, С, 154.

5. Мустафаев А.Г., Кармоков A.M., Мустафаев Г.А. Особенности влияния технологии на дефектность и параметры КНИ- структур //В сб. матер, V Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии», Кисловодск, 2005, С, 235-237,

6. Мустафаев А.Г., Мустафаев А.Г. Улучшение структур кремний- на-изоляторе ионной имплантацией //Труды молодых ученых, РАН Владикавказский научный центр, Владикавказ, 2005, вып.З, С. 36-40.

7. Мустафаев А.Г., Шаваев Х.Н. Профили распределения в структурах кремний-на- диэлектрике, сформированных с помощью имплантации кислорода и отжига //В сб. матер, всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученных «Перспектива-2006», Нальчик, 2006, С.253-254.

8. Мустафаев А.Г., Мустафаев А.Г. Снижение дефектности окисных пленок //В сб. матер, международного симпозиума "Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах". ОМА - 2002, Сочи, 2002, С.25-27.

9. Мустафаев А.Г., Кумахов A.M., Мустафаев А.Г. Способ изготовления полупроводникового прибора. Пат. 2280915 РФ, 2006г.

10. Мустафаев А.Г., Кармоков A.M., Мустафаев А.Г. Способ изготовления полупроводникового прибора. Пат. 2284611 РФ, 2006г.

11. Мустафаев А.Г., Кумахов A.M., Мустафаев А.Г. Способ изготовления полупроводникового прибора. Пат. 2256980 РФ, 2005.

Подписано к печати 10.11.2006, Печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 499 Изд-во "Терек"'. Подразделение оперативной полиграфии СКГТУ, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК КРЕМНИЯ НА ИЗОЛИРУЮЩИХ ПОДЛОЖКАХ.

1.1. Получения пленок кремния на сапфире.

1.2. Гетероэпитаксиальные структуры.

1.3. Имплантация ионов, образующих изолирующую прослойку.

1.4. Электрохимический подход.

1.5. Структуры кремний на сапфире.

1.6. Формирование структур кремний на изоляторе.

1.7. Изготовление КНИ структур методом прямого соединения пластин.

1.8. Применение КНИ-технологии.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ

МЕТАЛЛ- ДИЭЛЕКТРИК ПОЛУПРОВОДНИК.

2.1. Зарядовое состояние МДП- структур.

2.2. Определение параметров МДП- структур.

2.3. Методика исследования параметров диэлектрика в системе металл-диэлектрик-полупроводник

2.4. Электрофизические свойства системы Si- Si02.

2.5. Влияние зарядов на поверхностные состояния и пороговое напряжение МДП- структур.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ТЕХН0Л01 ИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА

ДЕФЕКТНОСТЬ I I ПАРАМЕТРЫ КНИ- СТРУКТУР.

3.1. Особенности МДП- транзисторов изготовленных по КНИ-технологии.

3.2. Дефектность КНИ- структур.

3.3. Влияние дефектов на параметры приборов.

3.4. Влияние технологических факторов на дефектность КНИ-структур.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ОП ТИМИЗАЦИЯ. ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ КНИ

СТРУКТУР.

4.1. Формирование изолирующего слоя.

4.2. Ионная имплантация в КНИ- технологии.

4.3. Пленки Si, выращенные на изолирующих подложках, обработанные ионным пучком.

4.4. Улучшение структуры пленок кремния на сапфире методом ионной имплантации кремния с последующим отжигом.

4.5. Влияние термообработки на электрические свойства ионно-имплантированного кремния на сапфире.

4.6. Формирование пленок на сапфире с улучшенной структурой.!

4.7. Совершенствование структуры пленок кремния на изоляторе.!

4.8. Создание КНИ- структур с пониженной плотностью дефектов.

Актуальность темы. Повышение степени интеграции, уменьшение размеров элементов интегральных схем (ИС) непосредственно связано с качественным изменением свойств соответствующих активных и пассивных элементов. Для этого требуется решение двух взаимосвязанных задач: поиск новых материалов, способных обеспечить все возрастающие требования к элементам ИС и совершенствование технологии их формирования.

Данное обстоятельство создало новую ситуацию в микроэлектронике, которая характеризуется тем, что вертикальные размеры активных областей элементов микросхемы становятся соизмеримыми с планарными размерами, т.е. транзисторные структуры элементов микросхем становятся «трехмерными». С другой стороны, резкое уменьшение планарных размеров конструкций элементов привело к возникновению новых проблем, среди которых наиболее важными являются: физические ограничения, связанные с предельно высокими электрическими полями в активных областях ИС; технологические, связанные со статическими флуктуациями легированных примесей и необходимостью выполнения огромного числа малонадежных межсоединений элементов микросхем; схемотехнические, связанные с увеличением энергопотребления и большим разрывом в быстродействии транзисторов сверхбольших ИС (СБИС); ограничения по стойкости СБИС к внешним воздействующим факторам (ВВФ), связанные с соизмеримостью вносимых дефектов с размерами активных областей структур и т.д.

Решение данных проблем связано с совершенствованием технологии формирования и разработкой СБИС с повышенной устойчивостью к ВВФ на основе использования кремний- на- изоляторе (КНИ) - структур.

Разработка па основе КНИ- структур для СБИС с уровнем эиергодинамики и стойкости к ВВФ, существенно превышающий аналогичные параметры интегральных схем на основе традиционной элементной базы, является актуальной проблемой.

Применение КИИ- структур позволяет уменьшить влияния паразитных эффектов и повысить надежность изоляции рабочего объема прибора от остальной схемы и подложки, а так же исключает нежелательные эффекты, в частности, устраняет взаимовлияние между элементами схемы и повышает быстродействие приборов, уменьшается потребляемая мощность. Все это позволяет увеличить интегральную плотность элементов.

Недостатком такой структуры является низкое качество границы раздела кремний- изолятор, которое обусловливается рассогласованием кристаллических решеток кремния и подложки. Последнее приводит к генерации дефектов кристаллической решетки, возникновению механических напряжений в эпитаксиальном слое и к ухудшению электрофизических параметров структур.

Среди КИИ- структур существенный объем по различным областям применения занимают структуры кремний на сапфире (КНС). Однако, высокая стоимость сапфирового основания и низкое кристаллографическое совершенство формируемых кремниевых эпитаксиальных пленок являются препятствием для их широкого применения. Одним из выходов в сложившейся ситуации является разработка новых и перспективных технологии, с помощью которых станет возможным формирование совершенных КНИ- структур с требуемым набором структурных и электрофизических параметров.

Настоящая работа выполняется в соответствии с федеральной целевой, программой «Электронная Россия» на 2002-2006гг.

Целью работы является исследование возможности оптимизации технологии формирования КНИ- структур для управляемого изменения свойств границы раздела диэлектрик- полупроводник.

Для достижения указанной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

• разработка способов совершенствования технологии создания КНИ-структур с улучшенными электрофизическими параметрами;

• определение механизмов образования дефектности в процессе формирования КНИ- структур;

• выявления связи между конструктивно- технологическими особенностями КНИ- структур и их параметрами; совершенствование и оптимизация конструкции КНИ- структур с целыо повышения их радиационной стойкости (PC);

• оценка эффективности использования ионной имплантации для управления зарядовым состоянием КНИ- структур и их электрофизическими параметрами.

Методы исследования. В работе использованы метод эллипсометрии, вольт- фарадный, инжекционный, электрографии и электронно-микроскопические методы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• показана возможность применения обработки структур КНИ ионным пучком для управляемого изменения свойств границы раздела диэлектрик- полупроводник и электрофизических параметров приборов на их основе;

• установлены общие закономерности воспроизводимого формирования КНИ- структур с заданными электрофизическими параметрами;

• исследовано влияние условий формирования КНИ- структур на электрические и структурные свойства границы раздела эпитаксиальная пленка- подложка;

• установлена взаимосвязь между конструктивными особенностями

КНИ- структур и их параметрами, определены пути оптимизации конструкции;

• впервые предложены и защищены патентами России конструктивно- технологические методы снижения дефектности и токов утечки в КИИ- структурах. Практическая значимость работы:

Установленные теоретические и экспериментальные закономерности поведения свойств границы раздела диэлектрик -полупроводник и параметров КНИ- структур могут быть использованы при разработке новых и оптимизации существующих технологических процессов создания изделий твердотельной электроники с улучшенными х ар актер и сти ками.

Разработан и предложен для практического применения совмещенный в едином технологическом цикле способ создания полупроводниковых приборов на КНИ- структурах с использованием процессов обработки высокоэнергетичными электронами и ионами бора.

Полученные и систематизированные данные по изучению влияния ионного легирования и облучения на параметры КНИ- структур апробоваиы и используются в ОАО СКБ «Элысор» при разработке радиационно-стойких интегральных схем и изготовлении маломощных высокочастотных транзисторов с улучшенными электрическими параметрами. Положения, выносимые на защиту

1. Использование преимущественного проявления одного или совокупности эффектов воздействия попов низкой энергии, позволяющее обеспечить улучшение параметров границы раздела полупроводник-диэлектрик.

2. Влияние легирования ионами на параметры КНИ- структур и новые технологические маршруты получения полупроводниковых структур, обладающих улучшенными параметрами и повышенной надежностью.

3. Оригинальные технологические решения, включающие радиациоино- термический процесс, повышающий надежность приборов на основе КНИ- структур.

4. Конструктивно- технологические варианты исполнения КНИ-структур, обеспечивающие наилучшие сочетания электрических параметров приборов.

5. Взаимосвязь между электрофизическими параметрами и зарядовым состоянием областей КНИ- структур.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов сформулированных в диссертации, подтверждается согласованностью полученных результатов и следствий из них с известными литературными, теоретическими и экспериментальными данными, результатами апробирования и внедрения в технологии изготовления полупроводниковых приборов и ИС.

Личный вклад автора. Диссертация представляет итог самостоятельной работы автора, обобщающей полученные лично им результаты, а также в соавторстве с сотрудниками КБГУ и СКБ «Элькор». В цитируемых автором работах ему принадлежит выбор основных направлений и методов решения задач, трактовка и обобщение 11 о л у ч енных результатов.

Апробация работы. Основные результаты докладывались на: Второй Всероссийской научной internet- конференции «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках», Тамбов, 2001; Международном симпозиуме «Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах», ОМА-2002, Сочи, 2002; Российских конференциях по материаловедению и физико- химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе, Москва, 2003, 2005; Международном симпозиуме

Порядок, беспорядок и свойства оксидов», ОДРО- 2003, Сочи, 2003; Всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива- 2005; 2006», Нальчик, 2005, 2006; V международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисловодск, 2005; научных семинарах факультета микроэлектроники и компьютерных технологий КБГУ, Нальчик (20042006гг).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 11 печатных работах. По материалам диссертации получены 3 патента РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа содержит 149 страниц машинописного текста, 40 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 116 наименований.

выводы:

1. Проведены исследования влияния имплантации ионов на границу раздела кремниевая пленка- подложка. Предварительная обработка ионами Si', 0+, Аг+ дозой (5-10|2-4-1014) см"2 с энергией (10-65) кэВ в подложку до эпитаксиального роста уменьшает несоответствие решеток между эиитаксиальной пленкой кремния и подложкой и улучшает структуру пленок кремния, за счет образования тонкой и слабо разоупорядоченной переходной области в поверхностном слое подложки.

2. Плотность дефектов в верхнем слое кремния в КНИ- структурах зависит от температуры подложки при проведении имплантации и дозы имплантации кислорода. Установлено, что оптимальными технологическими параметрами, обеспечивающими получение

2 2 минимальной плотности дефектов (до ~10 см" ), являются: температура

18 ^ подложки 550-600°С, доза имплантации 1,2-10 см"".

3. Впервые разработан способ создания полупроводникового прибора на КНИ- структурах с пониженной дефектностью, основанный па формировании изолирующей подложки под слоем кремниевой пленки слоя диоксида кремния, со скоростью осаждения 0,02 мкм/мин, толщиной 0,2- 0,4 мкм, при температуре подложки 700- 1080°С, за счет снижения несоответствия решеток между пленкой кремния и подложкой. Способ защищен патентом РФ.

4. Показано, что между эпитаксиальным слоем кремния и сапфировой подложкой имеется переходной слой (порядка 30 им), представляющий собой область переменного состава, включающая кремний и алюмосиликатные соединения, которая оказывает влияние на электрофизические процессы в структурах КНИ и приводит к появлению в кремнии области пространственного заряда эквивалентной наличию на границе раздела сосредоточенного заряда. Установлено, что процесс двойной эпитаксии в твердой фазе обеспечивает снижение плотности дефектов и улучшения качества структуры поверхностных слоев кремния за счет подавления генерации на границе раздела кремний- подложка.

5. Плотность дефектов в КНИ- структурах при ионной имплантации снижается, если набор дозы имплантированного кислорода проводить в несколько этапов с промежуточными отжигами при 1300°С в течении 6ч в атмосфере смеси аргона и кислорода.

6. Определено, что в структурах кремний- на- изоляторе однородный сплошной скрытый слой диоксида кремния образуется при имплантации ионов кислорода дозой 0,4-1018см"2, который обеспечивает получение КНИ- структур с напряжением пробоя 40В, а подбор дозы позволяет регулировать толщину скрытого слоя Si02 и ее параметры.

I ? 9

7. Показано, что при имплантации ионов бора дозой (1-6)10 "см"" с энергией 25-35кэВ на КНИ- структуры токи утечки снижаются за счет компенсирующих действий отрицательных ионов бора на положительный заряд на границе раздела кремний- изолятор и достигают насыщения при дозе (2-ьЗ)1012см~2.

8. Впервые разработан способ создания интегральных МДП- транзисторов на КНИ- структурах с улучшенными параметрами путем обработки высокоэнергетичными электронами дозой 2-1014 -f-8-lО16 см"2 с энергией 4 МэВ. Способ защищен патентом РФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие

1. Haond М. Recrystallization of Si on insulating substrates by using incoherent light sources // J. Phys, 1984, 44, N10, p. 327-336

2. Colinge J.-P. Silicon-on-insulator MOS devices for integrated circuit applications. «Hewlett-Packard J.», 1988, 39, №1, p. 87-93

3. Vasudev P.K. Recent advances in solid-phase epitaxial recrystallisation of SOS with applications to CMOS and bipolar devices // "IEEE Circuits and Devices Mag.", 1987,3, N4, p. 17-19

4. Tseng W., Rep асе I, Hughes IT, Christou A. Silicon on sapphire films with negative and positive interfacial charges. "Thin Solid Films", 1981, 82, N3, p. 213-216.

5. Carey K.W., Ponce F.A., Amano J., Azanovich J. Structural characterisation of low- defect- density silicon on sapphire. "J.Appl Phys"; 1983, 54, №8, p. 44144420.

6. Smith D., Freeman L., MeMahon R., Ahmed IT., Pitt M., Peters T. Characterization of Si-implanted and electron-beam annealed silicon on sapphire using high-resulation electron microscopy. "J. Appl. Phys., 1984, 56, N8, p. 2207- 2212

7. Lam H.W. SIMOX SOI for integrated circuit fabrication. "IEEE Circuits and Devices Mag", 1987, 3,N4, p. 6-11.

8. Stoemenos I., Laussand C., Bruel M., Margail J. New conditions for synthesizing SOT structures by high dose oxygen implantation. "J. Cryst. Growth," 1985, 73, N3, p. 546- 550.

9. Elewa Т., Balstra F., Cristoloveany S., Hafez I.M. Performance and physical mechanisms in SIMOX MOS transistors operated at very low temperature. «IEEE Trans. Electron. Devices.», 1990, 37, №4, p. 1007-1019.

10. Aoni Т., Tomizawa M., Yoshii A. Design considerations for thin-film SOI/CMOS device structures. «IEEE Trans. Electron. Devices.», 1989, 36, №9, p. 1725-1731.

11. Til lack В, Richter H.H., Hunger В., Shiller V., Adam A., Gyulai L On the characteristics of CMOS transistors in thick films. «Phys. status solidi», 1989, 112, №2, p. 721-726.

12. Maclver B.A., Jain K.C. MOS transistors fabricated in oxygen-implanted silicon-on-insulator. «IEEE Trans/ on Electron Dev.», 1986, 33, №12, p. 1953-1955.

13. Possum I.G., Choi J.-Y., Sundaresan R. SOI design for competitive CMOS VLSI. ««IEEE Trans. Electron. Devices.», 1990, 37, №3, p. 724-729.

14. Diantong L., Wuxing L., Huaide Z., Dang M., Zhongning L. Properties of SOI structures formed by high dose oxygen implantation into silicon. «Vacuum», 1989, 39, №2-4, p. 219-221.

15. Scanlon P.S., Hemmenet P.L., Robinson A.K., Charter R.J., Harbeke G. Oxygen rich SIMOX. «Semicond. Soi. Technol.», 1991, 6, №8, p. 730-734.

16. Tsaur B.-Y. Zone-melting-recrystallization silicon-in-insulator technology. «IEEE Circuits and Devices mag.», 1987, 3, №4, p. 12-16.

17. Haond M., Yu D.-P., Aguerre A.M., Perret S. Electrical performances of devices made in SOI films obtained by lamp ZMR. «IEEE Circuits and Deviccs Mag.», 1987, 3, №4, p. 27-31.

18. Arnold E., Baumgart H., Khan В., Ramesh S. Laser-beam-indused recrystallization of silicon and it's application to silicon-on-insulator technology. «Philips J.Res.», 1987, 42, №3, p. 253-280.

19. Alestig G., Holmen G., Einnros J. Electrical properties of ion beam recrystallized and laser beam annealed arsenic-implanted silicon on sapphire. «J.Appl.Phys.», 1987, 62, №2, p. 409-413.

20. Maszara W. P., Goetz G., Cavigilia A. Mc.Kitterick J. B. Bonding of silicon wafers for silicon- on- insulator. J. Appl. Phis., 1986, v.64, № 10, p. 1943-1950.

21. Sensor Technology Devices. Ed. Ejubisa Rustic. Boston London: Artech House, 1994, p. 157- 201.22. long Q. Y., Gusele U. A Model of Low- Temperature Wafer Bonding And Its Applications. - J. Electrochem. Soc., 1996, v.143, № 5, p. 1773-1779.

22. Tong Q. Y., Gusele U. Wafer Bonding and Layer Splitting for Microsystems. -Adv. Mater. 1999, v.ll,№ 17, p. 1409-1425.

23. Tong Q. Y., Gusele U. Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technology. New York, 1988, p.326.

24. Timoshenkov S.P., Prokopfiev E. P. Possibility of silicon wafers bonding with chemical assembling of surface by molecular layers arrangement method. -Abstracts on NATO Advanced Research Workshop (NATO ARW). Ukraine. Kyiv, October 2-5, 2000, p. 23-24.

25. Take Т., Nakazato Y., Yoshizawa K., Uchiyama A. Silicon wafer bonding mechanism for silicon-on-insulator structures. «JapJ.Appl.Phys.», 1990, 29, №12, p. 2311-2314.

26. Furukava K., Nakagava A. Application of the silicon wafer direct-bonding rechuique to electron devices. «Appl.Surf.Sci.», 1989, 41/42, №14, p. 627-632.

27. Прокопьев Е.П., Тимошенков СЛ., Калугин В.В. Технология КНИ структур. Петербургский журнал электроники, 2000, №1, с. 8-26.

28. Тимошенков С.П., ТГрокопьев ЕЛ. Особенности процесса прямого соединения кремния. Материаловедение, 1999, №5. с. 43-45.

29. Прокопьев ЕЛ., Тимошенков СЛ., Калугин В.В., Григорьев Д.К., Тимошенков А.С. Научные основы технологии структур «кремний на изоляторе». Петербургский журнал электроники, 2002, №2, с. 15-27.

30. Тимошенков СЛ., Прокопьев ЕЛ., Калугин В.В., Тимошенков А.С., Талесников МЛ. SMART-CUT технологии изготовления КНИ структур. Петербургский журнал электроники, 2003, №2, с. 31-39.

31. Прокопьев ЕЛ., Тимошенков С.П. Возможность прямого соединения пластин кремния с использованием химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания, Материаловедение, 1999, №4. с. 49-51.

32. Тимошенков С.П., Прокопьев Е.П., Дягилев В.В. Движение и залечивание пор и полостей вблизи границы сращивания стандартных пластин кремния. Известия вузов. Электроника, 1998, №5, с. 39-44.

33. Schott J.T., Shedd W.M. Silicon- on- insulator technologies. "IEEE Trans. Nucl. Sci.", 1986, 33, №6, p.p. 1366- 1371.

34. Giddings A.E., Hewlett F.W, Trcece R.K. "IEEE Trans. Nucl. Sci.", 1985, 32, №6, p.p 4159-4163.

35. Аксенов А.И., Гребенников Г.И., Савченко A.M. Состояние и перспективы развития микроэлектроники по программам вооружения. Зарубежная электронная техника 1990, №4, с. 53-67.

36. Баранов Ю.Л. Состояние и перспективы использования КНС- технологии. ЗЭТ, 1989, №11, с. 19-33.

37. Кравченко В.М., Будько М.С. Современное состояние КНД- технологии. ЗЭТ, 1989, №9, с. 3-54.39. . Генкин В.И., Грачева 'Г.Г., Калякина Т.М., Макарова А.В. Наивысшие параметры основных классов изделий электронной техники. ЗЭТ, 1987, №4, с. 3-81.

38. Согоян А.В., Никифоров А.Ю., Мордкович В.Н. Дозовые эффекты в КНИ МОП структурах. В сб. «Радиационная стойкость электронных систем», М, 1989, с. 53-54.

39. Cavigla A. Linear- dynamic self- heating in SOI- MOSFETs.- IEEE Electron Device Lett, 1993, v 14, p.133.

40. Brodsky J.S., Fox R.M., Zweidinger D.T. Physical- Based, Dynamic Thermal impedance Model for SOI MOSFETs. IEEE Trans., 1997, NS-44, №6, p.p. 957963.

41. Никифоров A.10., Скоробагатов П.К. Моделирование объемных ионизационных эффектов в приборах технологии кремний на изоляторе. Микроэлектроника, 1998, т. 27, №1, с. 7-13.

42. Никифоров А.Ю., Телец В.А., Чумаков А.К. Радиационные эффекты в КМОПИС.М, 1994, 164 с.

43. Агаханян Т.М., Астравацатурьян Е.Р., Скоробагатов Г1.К. Радиационные эффекты в интегральных схемах. М, 1989, 256 с.

44. Свойства структур металл диэлектрик - полупроводник. Под ред. А.В. Ржанова. М., «Наука», 1976, 277с.

45. Зи. С. М. Физика полупроводниковых приборов.-М.:Мир, 1984, 455 с.

46. Ржанов А.В. Электронные процессы на поверхности полупроводников. М., «Наука», 1971,480с.

47. Коноров ГШ., Тарантов Ю.А., Касъяненко Е.В. Электронные и ионные процессы в системе кремний диэлектрик - электролит. Под ред. А.В. Ржанова, Новосибирск, «Наука», 1978, с. 247.

48. Колешко В. М., Каплан Г. Д. C-V-методы измерения параметров МОП-структур. Обзоры по электронной технике, сер.З, Микроэлектроника, вып. 2, 1977, 51с.

49. Арсланбеков В.А., Сафаров А. Некоторые особенности механизма и кинетики окисления кремния. Микроэлектроника, т. 6, вып. 1, М., "Наука", 1977, с. 86-92.

50. Арсланбеков В.А., Проблемы физической химии поверхности полупроводников. Под ред. А.В. Ржанова, Новосибирск, «Наука». 1978, с. 107.

51. Гуртов В. А. Радиационные процессы в структурах металл-диэлектрик-полупроводник.-Петрозаводск: 1988, 117с.

52. Toshio Y., Shinji Т., Tomoyasu L, Hiroyuki Т. Improvement of SOS devices perfomance by solid-phase epitaxy. Proc. Of the 13th Conference on Solid State Devices, Tokio, 1981. Jap. J. Appl. Phys., 1982, p.21

53. Dowsett M., Parker E., Mole P. Quantification of dopant implants in oxidized Silicon on Sapphire using secondary-ion mass spectrometry. J. Appl. Phys., 1983, 54, N11, p. 6340- 6342.

54. Коэн Ч. Окисленный пористый кремний как изолятор, превосходящий сапфир. Электроника, 1981, №2, с. 15- 16.

55. Picraux S. Ion channeling studies of the crystalline perfection of epitaxial layers. J. Appl. Phys., 1973, 44, p. 587- 593.

56. Tomoyasu I., Tochio Y. Crystalline quality improvement of SOS films by Si implantation and subsequent annealing. Nucl. Instrum. and Meth., 1981, 2, p. 683690.

57. Ham W., Abrahams M., Duiocchi C., Blanc J. Direct observation of the structure of thin, commercially useful silicon on sapphire films by cross section transmission electron microscopy. J. Electrochem. Soc., 1977, 124, N4, p. 634.

58. Ishida M., Sasaki Sh. et al. Epitaxial growth of SOS films with amorphous Si buffers layer. Jap. J. Appl. Phys., 1981, N7, p. 541- 544.

59. Sorin C., Lee J-H., Chovet A. Thin Solid Films, 1982, N1, p. 13- 18.

60. Phillips D. Silicon-sapphire devicc photoconduction prediction. IEEE Trans., 1974, N6, p. 217- 220.

61. Jastrrebski L., Smeltrer R., Cullen G., Lagowski J. Effects of heat-treatment on electrical properties of ion-implanted silicon sapphire. J. Electrochem Soc., 1984, 131, N6, p. 1375- 1378.

62. Reedy R., Sigmon Т., Christel L. Suppressing A1 outdiffusion in implantation amorphized and recrystallized silicon on sapphire films. Appl. Phys. Lett., 1983, 42, N8, p. 707- 709.

63. Golecki I. Moudy L., Yang J. Heteroepitaxial Si films on ultra-stabilized, cubic zircon substrates. Appl. Phys. Lett., 1983, 42, N6, p. 501- 503.

64. Skorobogatov P., Nikiforov A, Poljakov I. CMOS/SOS 1С Transient radiation response. Proceedings of the Third Workshop on Electronics for LHC Experiments, London, 1997, p. 541- 545.

65. Kimuta M., Kanamori M. Epitaxial films transfer technique for producing single crystal Si film on insulating substrates. Appl. Phys. Lett., 1983, 43, N3, p. 263265.

66. Antoniadis D. Three-dimensional integrated circuit technology. Energy beam-solid interact, and. Transient therm. Proceeding. Boston, 1983, p. 587- 595.

67. Partridge S.L. Silicon- on- insulator and device applications // The GEC J. of Research.- 1986. -Vol.4, N3. p. 165-173.

68. Cole C.B. Ulradense chips: the drive quickens // Electronics. 1986. -Vol. 59, №17.-p. 37-42.

69. Schott J.T., Shedd W.M. Silicon- on- insulator technology- are we converging on a technology of choice // IEEE Trans, on NS. -1986. Vol. 33, №6. -p. 1366-1371.

70. Hon Wai Lam. SIMOX SOI for integrated circuit fabrication // IEEE Circuits and Dev. Mag. -1987. -Vol.3. №4. -p. 6-11.

71. Weaver H. Overview // IEEE Circuits and Dev. Mag. -1987. -Vol.3, № 4. -p. 3-5.

72. SIMOX- based SRAMs enter at 16 kbit // Electronic Engng. -1988. -Vol.60. № 737. -p. 38.

73. Imai K. A new dielectric isolation method using porous silicon // Sol.- St. Electronics. -1981. -Vol.24, -p. 159-164.

74. Benjamin J., Keen J., Large area, uniform silicon- on- insulator using buried layer of oxidised porous silicon // Appl. Phys. Lett. -1986. -Vol. 49. -p. 716-718.

75. Imai К., Unno H. FIPOS technology and its application to LSIs // IEEE Trans, on ED. -1984. -Vol. 31, №3. -p. 297-302.

76. Institutions active in SOI development // IEEE Circuits and Dev. Mag. -1987.-Vol. 3, № 4. -p. 32-35.

77. Tsao S. Porous silicon techniques for SOI structures // IEEE Circuits and Dev. Mag.-1987.-Vol.3, №6.-p. 3-7.

78. Barla K., et al. SOI technology using buried layers of oxidised prous Si// IEEE Circuits and Dev. Mag. -1987. -Vol. 3, № 6. -p. 11-15.

79. Bambrick R. Role of SOI techniques in 3D VLSI emerges // Electronics News. 1986, Vol.32, №1. -p. 131.

80. Halle L.F. Zietlow T.C., Balnes C.E., IFET/SOS devices part II: Gamma-radiation-induced effects. «IEEE Trans. Electron Devices», 1988, 35, №3, p. 359364.

81. Krull W.A., Buller J.F., Rouse G.V., Cherne R.D. Electrical and radiation characterization of three SOI material technologies. «IEEE circuits and devices mag», 1987, 3, №4, p. 20-26.

82. Hisamoto D., Kaga Т., Takeda E. Impact of the vertical SOI structure on planar device technology. «IEEE Trans. Electron devices», 1991, 38, №6, p. 1419-1424.

83. Itoh Tadatsuqu, Takai Hiroshi. Jap., Characteristics of Si films grown on ion processed Sapphire substrates by plasma dissociation of Silane. J. Appl. Phys., 1983, Pt. 1,22, №4, p. 597-602.

84. Lau S.S., Mattecon S., Mayer J.W., Revcr P., Gyulai J., Roth J., Sigmon T.W. and Cass Т. Appl. Phys. Lett. 34, 1979, p. 76.

85. Inone T. and Yoshte Т. Appl. Phys. Lett. 36, 1980, p. 64.

86. Yamamoto Y., Wilson I.H. and Itoh T. Appl. Phys. Lett. 34, 1979, p. 403.

87. Nesbit L., Stiffler S., Iusser G., Vinton H. Formation of silicon-on-insulator structures by implanted nitrogen. «J.Electrochem.Soc», 1985, 132, №11, p. 27132721.

88. Roulet M.E., Schwob P., Affolter K., Luthy W., Von Allmen M., Fallavier M., Mackowski J.M., Nicolet M.A. and Thomas J.P. J. Appl. Phys. 50, 1979, p. 5536.

89. Roulet M.E., Schwob P., Golecki I., and. Nicolet M.A. Electron. Lett. 15, 1979, 527.

90. Picrauk S.T., Rimini E., Foti G. and Campisano S.U., Phys. Rev. В18, 1978, 2078.

91. Алябьев И.В., Блецкан Н.И., Папков B.C., Суровиков М.В., Чумак В.Д. Состояние и проблемы KPIC-технологии. «Электронная промышленность». 1983, вып. 1(118), с. 47-51.

92. Druminski М. Optimisation of the deposition conditions for epitaxial Silicon films on Crochraiski Sapphire in the Silane- hydrogen. System Electrochem. Soc , 1980, 127, №4, p. 957.

93. Ishida M., Ohuama FI., Sasaki Sh. et al. Epitaxial growth of SoS films with amorphous Si buffer layer Jap. J. Appl. Phys., 1981, 20, №7, p.541 -544.

94. Reedy R.E., Sigmon T.W., Christel L., A. Suppressing Al out diffusion in implantation amorphized and recrystallized Silicon on Sapphire films. Appl. Phys. Lett., 1983, 42(8), p. 707-709.

95. Asano Т., Ishiwara FI., Orihara K., Furukawa S. Improvement of crystal line quality of Si films on CaF2 / Si Structures by ion implantation and Solid phase recrystallization. Jap. J. Appl. Phys., 1983, 22, №2, p.l 18-120.

96. Weitzel C.E., Smith R.T. Sapphire substrate disorientation and SOS /MOS transistor performance "J. Electrochem. Soc." 1977, 1.24, №7, p.l 080-1086.

97. Yoshic T. Electron. Mater. Conf., Dig. Tech. Pap. 1981, p. 50.

98. Tseng W.F., Repace J.L., Flughes PI.L., Chistou A. Silicon-on-Sapphire films with negative and positive interfacial charges. "Thin Solid Films", 1981, 82, №3, p. 213-216.

99. Bussmann U., Hemment P.L.F. Layer, thickness calculations for silicon-on-insulator structures formed by oxygen implantation. «Appl.Phys.Lett.», 1990, 57, №12, p. 1200-1202.

100. Jastrebski L. Comparison of different SOI technologies: assets and liabilities. «RCA Rev.», 1983, 44, №2, p. 250-269.

101. Pennycook S J., Namavar F., Karam N.FI. Formation of low dislocation density silicon-on-insulator by a single implantation and annealing. «Appl.Phys.Lett.», 1990, 57, №2, p. 156-158.

102. Мустафаев Г.А., Саркаров Т.Э., Мустафаев А.Г. Влияние излучений на МДП-структуры. Зарубежная электронная техника, №4, 2001, с. 81-102.

103. Мустафаев А.Г., Мустафаев А.Г. Формирование радиационно- стойких КНД- структур //Труды молодых ученых, РАН Владикавказский научный центр, Владикавказ, 2004, вып.З, С. 18-21.

104. Мустафаев А.Г., Кумахов A.M., Мустафаев А.Г. Основные процессы, происходящие при воздействии ионизирующего излучения на полупроводниковые структуры, и способы повышения их радиационной стойкости //Вестник ДНЦ РАН. 2003, №13, С. 22-28.

105. Внедрение результатов научных исследований в производстве полупроводниковых приборов и ИС обеспечило повышение процента выхода годных изделий на 6% и экономический эффект составил 375 тыс.рублей.

106. Начальник отдела, к.т.н. Инженер технолог

107. В.А. Панченко Т.Н. Половнева