автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Прогнозирование и контроль параметров и характеристик приборов на основе структур "кремний-на-изоляторе"

ДЕРЖАВНИИ УН1ВЕРСИТЕТ «ЛЬВ1ВСЬКА П0Л1ТЕХН1КЛ»

На правах рукопису УДК. 621.315.592

К Е Н Ь О

Галина Володимир1вна

ПР0ГН03УВАННЯ ТА КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРШ I ХАРАКТЕРИСТИК ПРИЛАД1В НА 0СН0В1 СТРУКТУР КРЕМНШ- НА- 130ЛЯТ0Р1

Спе^альжсть 05.27.01. — Твердо-пльна електрон1ка (включаючи функц1ональну)

Автореферат дисертацП на здобуття наукового ступени кандидата техн1чних наук

Лыпв — 1993

Дисертац1ею е рукопис

Робота виконана на кафедр! нап1впров!дниково1 електронхки Державного ун!верситету "Льв1вська пол!техн1ка"

Науковий кер1вник - доктор ф1зико-математичних наук,

професор Будаак Я.С. Науковий консультант - доктор ф1зико-математичних наук,

професор Курило 1.В. Офщхщй опоненти: лауреат Державно! премп Укршни,

професор Романюк Б.М.; доктор техн1чних наук, професор Бобицький Я.В. Лров1дна орган1зац1я - СКТВ "0р1зон" АТ "РОДОН"

(м. 1вано-Франк1вськ).

Захист В1дбудеться 20 грудня 1995 р. о 17 год. на аас!данн1 :пец1ал1зовано1 Ради Д 04.06.18 при Державному ун1верситет1 'Льв1вська пол1техн1ка" (290646, м.Льв!в-13, вул.С.Бандери, 12).

3 дисертац1ею можна ознайомитись в науков1й б!бл1отэц1 ун1-зерсигету (290013, вул. Професорська,1).

Автореферат роз1сланий "_" _ 1995 р.

Вчений секретар

доктор ф1зико-математичних наук,

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОВОТИ Актуальн1сть теми При розробвд та виготовленн! прилад!в на ochobî структур "кремн1Й-на-1золятор1" (KHI) проблематичним е завдання прогнозування електричних параметр1в та характеристик акгивних компонент!в. Основн! причини труднооцв у виршешп uieï проблеми полягають у в1дм!нностях будови прилад!в i ускладнен-н1 технолог1чного процесу виготовлення пор!вняно з! стандартними схемами на основ1 монокристал!чного кремнш. Теоретичний анал!з польових ефект!в у структурах метал-д1електрик-нап1впров1Д-ник-дiелектрик-нглiвпровi дник (КЩНДН) в!дкривае можливост! нау-ково обгрунтованого пошуку оптимальних параметр!в активних компонентов. Однак найб1льш вагаива мета моделювання - прогнозуван-ня характеристик нових приладхв на eTani проектування - може бути досягнута пльки в тому випадку, коли фхзичн! параметри в ос-новних р1вняннях будуть ретельно проанал!зован!. Для визначення параметрiв багатошарово! структур«, як правило, використовуються методи, як1 лотребують тестових транзисщлв або ж е складниш та деструктивними (сканування поперечного перер1зу електронним м1кроскопом). Класичну вольт- ешпсну техн1ку, яка е простою i доступною для вимхрювання параметров МОН-структур, практично не використовують i3-3a складност1 1нтерпретацП експериментальних даних. Злншого боку, C-V-контроль KHI структур дозволяе оперативно виявляти причини браку в npoueci виробництва, коректувати х1д технологгчного процесу виготовлення приладгв на ïx ochobI. У зв'язку з цим актуальним прикладним завданням е створення моде-л!, яка б дозволяла пояснити експериментальн! ВФХ.

Моделювання прилад1в - ефективний з точки зору затрат метод визначення доц1льност1 розвитку Tieï чи iranoï технологи. Однак кращий cnoci6 виявлення переваг та обмежень технолоПчного процесу - це виготовлення i тестування реальних прилад1в. Вим1рю-вання електричних характеристик створених тестових структур доз-воляють виявити особливост1 роботи прилад1в, узгоджен1сть прог-нозованих параметр1в з реальними, шляхи покращення стабхльност! ïx роботи. Тому анал!з тестових структур в актуальним завданням з точки зору виготовлення гнтегральних схем на основ! KHI-струк-гур.

Робота присвячена розробц! оперативного методу контролю па-

раметр1в KHI-структур, прогнозуванню робочих параметров i досл!-дженню функЩокуванкя компонент!в 1С на ïx основь

Меток робота е прогнозування робочих характеристик та до-сл1дження особливостей роботи активних прилад1в на ochobï структур "кремнш-на-1золятор1".

Для досягнення поставлено'! мети, виршувались наступи! зав-дання:

- розробка модел1 зарядового стану структури метал-д1елект-рик-нап1впров1дник-д1електрик-нап1впров1дник, яка враховуе особ-ливост! реально! структури;

- отримання основних анаитичних сп1вв!дношень, придатних для анал1зу та розрахунку зонних д!аграм структури;

- розробка методики розрахунку теоретичних вольт-фарадних характеристик МДНДН-структури та анал1з вгашву параметр1в П складових та вОудованих у д1електрики заряд1в;

- визначення параметр1в складових МДНДН-структури та зарядового стану на метках нап!впров1дникових шар!в з дхелектричними;

- експериментальн1 дослдаення тестових структур для прогнозування основних параметр1в активних прилагав на основ! KHI-структур;

- досл!дження електричних характеристик KHI МОН транзисто-piB, виявлення особливостей ïx роботи та визначення шлях1в пок-ращення ста51льност1 ïx роботи.

Наукова новизна

1. Розроблен1 ф1зична i математична моделi зарядового стану структури метал-д1електрж-нап1впров1дник-д1електрик-нап1впро-в1дник, в яких комплексно враховано впливи 1нверсних та збагаче-них mapiB у нап!впров1дникових областях, р!зниц! Mi« роботами виходу р1зних матер1ал!в, заряди в д1електричних шарах поблизу меж розд1лу з нап!впров!дниками.

2. У рамках запропоновансл моделi отриманх ochobhî анал1-TH4Hi eniBBiiношения, якг грунтуються на певних припущеннях npi-розв'язуваши р1вняння Пуасона для р1зних можливих зарядових ре-юмхв у приповерхневих областях, яка. дозволяють розрахувати тг анал!зувати зонн! дхаграми структури. Розроблений оршчнальюй алгоритм для розрахунку зонних д!аграм МДНДН-структур, який за-

- 3 -

безпечуе високу ефективрпсть розрахунку.

3. На основ! математично! модел1 розроблена методика розрахунку теоретичних вольт-фарадних характеристик МДНДН-структури i встановлений вплив параметрiB складових структури i вбудованих в даелектрики заряд1в на форму характеристики.

4. За даними експериментальних ВФХ KHI МОН конденсатор1в встановлений масив !нформативних параметр!в системи, як! визна-чають робоч1. характеристики активних прилад1в на ochobI KHI-структур.

5. Проанал1зована ф1зика роботи KHI МОН транзисторгв, 'зап-ропонован1 орипнальна конструктив^ способи усунення аномал1й характеристик KHI М0Н-транзистор1в, зумовлених ефектом плаваючо1 тдкладки.

Практичне значения

1. Розроблений метод неруйн!вного контролю параметр1в KHI-структур, який дозволяе оперативно виявляги причини браку i коректувати х1д технологичного процесу виробництва прилад1в на ïx ochobî.

2. На основi анал1зу теоретичних та експериментальних ВФХ тестових KHI МОН конденсагоргв встановлен! параметри структури, за допомогою яких прогнозуються параметри i робоч: характеристики активних компонентîb 1С.

3. Створення i досл!дження набору тестових елемент1в дае змогу визначиги переваги та обмелсення технолог!!' виробництва 1С на основ! KHI структур.

4. Розроблена зарядова модель ЩНДН-струкгур дозволяе проа-налгзувати функцюнування прилад!в на ïx основ! на етал! проек-тування.

5. Розробленг ориг!нальн1 конструктивно-технолог!чн1 р!шен-ня для покращення стаб1льност1 роботи МОН-транзистор!в на ochobï KHI-структур.

Автор захищае:

- модель зарядового стану структури метал-д1електрик-нап1впро-в1дник-д!електрик-нап1впров1дник;

- аналхтичний метод розрахунку зонних дхаграм та теоретичних ВФХ

МДНДН-структур;

- результат доаллджень тестових МОН-конденсатор!в та МОН-тран-зистор1в на основi KHI-структур;

- метод оперативного контролю параметров KHI-структур та визна-чення масиву ¿нформативних даних для прогнозування характеристик активних прилад1в на ïx ochobî;

- ориПнальн! способи усунення аномал1й характеристик KHI МОН-транзистор1в, зумовлених ефектом плаваючо! п1дкладки.

Апробац1я роботи

Основн! результати дисертащйно"! роботи допов!дались i об-говорювались на науково-техн!чному ceMiHapi "Использование лазеров в промышленности" (м.Лен!нград, 1989 р.), 1-!й Всесоюзна конференцП "Автоматизация, интенсификация, интеграция процессов технологии микроэлектроники" (м. Леншград, 1989 p.), I-iit М1жна-родн1й конференцП з еп1такс!йного росту кристал1в (м.Будапешт, Угорщина, 1990 р.), пост1йно д1ючому галузевому сем!нар! "Физические процессы в элементах интегральных схем" (м.Москва, 1990 р.), ПЫй 6вропейськ1й конференцП з росту кристалгв (м.Будапешт, Угорщина, 1991 р.), республикански конференцП "Проблеми гнтегрально! електронгки; метал-д1електрик-нап1впров1дник" (м.Севастогпль, 1990 р.), Всесоюзна нарад1 "Фотонные процессы в микроэлектронике" (м.Суздаль, 1990 р.), М1кнародн1й конференцП "Матер!алознавсгво алмааоподгбннх i халькогетдних нап!впров!д-HMKiB" (M.4epHiBni, 1994 р.), V-iiï М1жнародн1й конференцП "Ф1-зика i технолог1Я тонких шпвок (м.1вано-Франк1вськ, 1995 р.).

Публ1кащ1

Основнi результати дисертащйно! роботи викладен1 в 11 дру-кованих публ!кац1ях, у тому числ1 4 статтях, 2 авторських св!-доцтвах, 5 допов1дях на мшнародних, всесоюзних i республшансь-ких конференц1ях та семшарах.

Структура та об'ем дисертацП

Дисергад1я складаеться з! вступу, чотирьох роздШв, вис-новку та списку лГератури. М1стить 139 стор1нок машинописного тексту з 40 рисунками та 1 таблицею. БЮл1ограф!я мЮтить 110

найменувань.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У встуШ обгрунтовуеться актуальность теми достижения. Сформульован1 мета та задач1 дисертацп, положения, як1 вино-сяться на захист, наукова новизна отриманих результат, а також ïx практичне значения. Викладаеться короткий зм1ст роздШв роботи.

У першому_.роздШ проведено огляд л1тературних джерел, як1 присвячен1 проблемам розробки приладив на ochobî структур "крем-н1й-на-1золятор1".

В1дзначаються переваги використання KHI-структур для Еироб-ництва перспективних МОН 1С. Даеться стислий опис метод!в отри-мання КН1-п1дкладок, вказуеться на доц1льн1сть застосування лазерное рекристал!зацП для виготовлення тривим1рних 1нтегральних схем.

Розглядаються особливост1 будови та роботи KHI МОН-транзистора. Даеться стислий опис 1снуючих моделей для розрахунку 'ВАХ KHI МОН-транзистор!в, анаШзуеться ïx важивать i недолши. Вказуеться на недосконал!сть методхв контролю параметр1в структури, що ускладнюе можлив1сть прогнозування характеристик активних прилад1в.

В!дзначаеться ваиив1сть вольт-емн1сних методхв при вивчен-н! властивостей поверхн! систем д1електрик-нап1впров!дник. Даеться опис ф!зики роботи МОН-конденсатора, аналгзуеться поведш-ка малосигнально! емност!, в!дзначаеться гнформатившсть анал1зу при вивченш електричних властивостей i принципу роботи МОН транзистора.

Розглядаються спроби використання С-У-техн1ки для досл!д-ження KHI МОН структур, в1дм1чаються труднощ! в штерпретацП експериментальних даних.

На ochobî анал1зу л1тературних даних формулюеться постановка задач досл1дження.

У..другому _роздШ описана модель зарядового стану МДНДН-структури. Розглянуп ф1зичн1 процеси, як1 в1дбуваються при об'еднанн1 матер1ал1в у р1вноважну систему. Представлена си-

- б -

стема р!внянь для визначення зарядового стану структури у craHi ' термодинам!ЧН01 р!вноваги:

-Фтз - 4sl0 + Udi , (1)

"<&k " 4s30 " 4s20 + Ud2 . ' (2)

£sO * Esl(^sio) + éso * ES2(<1>20) - "QsO . (3)

£s0 * Es2(<1»s2o) - "SsO * Es3(<l»s30) • (4)

Де 4>sio, Фэго» ФзЗО - поверхнев! потенц1али в нап!впров1дникових областях поблизу меж розд1лу з дхелектричними I, II, III в1дпо-В1ДНО; Udi. Ud2 - спад напруги в первому та другому шарах flie-лектрика; Oso - заряд у внутрхшньому niapi нап!впров1дника, зу-мовлений р1зницею м!ж роботами виходу з р1зних матер1ал!в.

Прикладення напруги зм1щення до ЩНДН-структури виводить систему 3i стану термодинам!чно! piEHOBarn i 3Míh>os зарядов! стани в метал! i нап!впров!дниках поблизу трьох меж розд1лу. При цьому положения píbhíb Ферм! в нап!впров1дниках i метал! не зб1-гаються. Вважаемо, щр прикладена до МДНДН-структури напруга U розпод!ляеться так: Ui - м1ж металом i першим шаром нап1впров!д-ника (МДН) i U2 - Miít двома нап1впров!дниковими шарами (НДН). •Система ргвнянь, що визначають зарядовий стан структури при подач! напруги зм!щення:

£sO * Es2Us2o) " "£s0 * Е3з(ФзЗо) . ßsO * Esl(«l»sl0) + EsO * Es2 (Ф20) - "QsO . £s0 * Esi(4sl)

Ul - ^ns - +

Cdl • (5)

£SO*ES3(ФзЗ)"£SO*ES2 US2>

U2 - Фк - ФэЗ - 4s2 +

Cd2

U - Ui + U2.

Для розрахунку поверхневйх потенц!ал1в <j>si. Фз2 i ФзЗ зв'язуемо р!вняння Пуасона:

d2^ р(х) -g---•

dx¿ eso

де p(x)-q*(N+d- N~a +рР -np) - густина об'емного заряду.

Обчислення поверхневйх потенц!ал1в «j.s за в!домими значениями напруженост1 поверхневого електричного поля Es e складним.

Тому для р!зних можливих зарядових режим1в на поверхн! вводимо певн1 припущення, як! дозволяють обчислити поверхнев! потенц1али анал1тично.

У режим! збагачення в приповерхнев1й.облает! переважають ос-новн! нос 11 заряду (д!рки), тому концентрац!ями !нших носПв заряду нехтуемо. Функвдя розпод!лу густини заряду в р1внянн! Пуа-сона прийме вигляд р(х)-д*рр.

Розраховуемо поверхневий потенц1ал при в1домому значенн1 напруженост1 поверхневого електричного поля: 1 /Ес;2^2*!^2 \

Фз---1п - +. 1 . (7)

В л 2 '

Розв'язуючи р1вняння Пуасона, знаходимо залежн1сть

ф(х) - -1/в*1п [1г2(1/(к'2*1с1)*(У-х))+1], (8)

де VI - 2*1а*агс1е(ехр(-з*'11з)-1):1/2 - в!дстань, на яку розповсю-джуеться область просторо'вого заряду в режим! збагачення.

У режим! зб1днення в приповерхнев1й облает! нап!впров!дника переважають дом!шков! носП заряду, тому у р1внянн1 Пуасона функц1я розпод!лу густини заряду набуде вигляду р(х)—

Розв'язок р1вняння Пуасона приводить до наступних залежнос-

тей:

Фз - 0*Ьа2*Е32/2 , (9)

(V - х)2

Ф(х) - --5- '. (10)

W - 1^*(2*В*Фз)1/г . • > (11)

У режим! 1нверс!"1 в приповерхнев1й облает! переважають неос-новн! носИ заряду (електрони), фунгаЦя розпод!лу густини заряду в р1внянн1 Пуасона набуде вигляду р(х)-ч*пр.

Розв'язуючи р1вняння Пуасона, знаходимо:

1 г Е32 * В2 * Ьс12 пр \

Фз---1п -:- *_+•! . (12)

В * 2 рр !

У режим! 1нверсП область просторового заряду включае в себе область власне 1нверсП (Ух) (де потенц1ал зм1нюеться в!д ф3 до 2*Фр) 1 суьажну з нею область максимального зб!днення ^щах). (де потенц1ал зм1нюеться в!д 2*ФР до нуля).

□тже, на пром1жку в1д нуля до потенц!ал ф(х) м1няеться

1/2

в!д <ь до 2*ФР за законом:

♦ (X) - - 1п[^2(-* [—] * си1-4-к-х)) + 1]. (13)

в

На пром!жку в1д Wt до V потенц1ал $(х) зм!нюеться в1д 2*Фр до нуля за законом:

, ч («пах + Wi - X)2 (W - X)2 ф(х)----т- , (14)

Рр 1/2

де V?! - 1 *агс1г(ехр(в*<Ь;) - 1)1/2

V 1/2

- ) *аг^г(ехр(2*з*Фр) - 1)1/2 . (15)

Таким чином, за допомогою викладених розрахунк!в мсокна об-числити поверхнев! потенц!али 1 в1дстан1, на як! рсзповсюджують-ся облает! просторових заряд!в у нап!впров1дниках поблизу трьох мех розд!лу, 1 побудувати зонну д1аграму структури метал-д1елек-трик-нал!впров1дник-д1електрик-нап!впров!дник при будь як1й при-кладен!й напруз1.

На основ! математично'1 модел1 розроблен1 алгоритм ! програ-ма, що дозволяють проводити розрахунки з високою точн!стю, не використовуючи чисельних метод!в.

Теоретичн! залежност! поверхневих потенц1ал!в на трьох межах розд1лу в!д прикладено! до ЩНДН-структури налруги подан1 на рис.1.

03 1Л

1.0

0.5

0.0

-0.5

_!_ 3

V л

1 1 _ 1 |

-40 -20

О

У.В

20

40

Рис.1 Залеа:н1сть поверхневих потенц1ал1в на трьох мехах ро— эд1лу в!д прикладено 1 до МДНДН-сгруктури налруги:

1-ме1са розд1лу I;

2-нека розд1лу II;

3-иэка розд(лу III.

Проведений анал1з модел} зарядового стану МИНИН-структури при наявност! заряду в д!електричних шарах поблизу меж розд1лу з нап1впров1дниковими областями.

У третьому розд1л! роэрахована теоретична залежн!сть емнос-tí МДНДН-структури в1д прикладено! до не'1 напруги. 6мн1сть дво-полюсно1 системи р!вна сум! емностей д1електрртних шар!в Coxi, С0х2 i емностей областей просторового заряду в нап1впров!днико-вих шарах поблизу трьох меж розд1лу СОПэ1. С0пз2. СОПзз. з'една-них посл!довно:

1111 11

_ - -+ -+ -+ -+ - . (16)

С Coxl Сох2 Сопз1 С0пз2 СопзЗ

0ск1льки козхна з емностей СОПз е зм1нною величиною 1 м1няе-ться в1дпов1дно до зм!ни ловерхневого потенц!алу на кожн1й з границь розд1лу С0лэ = dQs/d^3, то за допомогою розрахунк1в,. проведених в попередньому роэд1л1. модна розрахувати залежност! емностей областей просторового заряду поблизу колено* меж1 розд!-лу в!д напруги. Враховуеться також, що емн1сть област1 просторового заряду в режим1 1нверс11 являв собою суму двох посл1довно з'еднаних емностей - емност! 1нвертованого шару Ci та smhoctí облас1 максимального зб1днення Стах-

ВФХ 1ДЛНДН-структури мае специф1чний вигляд 1 суттево в!др1-эняеться в!д В5Х МДН-структури(рис.2).

2.5

и_

Я: 2.0

О

-40 -20

О

V.B

Рис.2. ВФХ МДНДН-структури: d„,=7- 10"*cm;

• 1 СГ*ст; N„,=1.63 -Ю^ст"3;

20

40

N„=2 -Ю^ст"3.

На граф1ку можна вид1лити дек!лька характерних д1лянок: 1) lk-ЗО В - eMHiCTb структури стала; 2) -30 B<U<-22 В - емн!сть

зб1льшуеться 1 досягае максимального значения; 3) -22 B<U<-3 В -емн1сть стала, максимальне значения; 4) -13 B<U< 3 В - емн!сть р!зко зменшуеться; 5) 3 B<U< <12 В - емшсть практично стала; 6) U>12 В - Емн1сть р1зко зменшуеться 1 набувае м1н1мального стало-го значения.

Для виявлення гнформативност1 ВФХ МДНДН-структури досл1джу-вали вплив параметр!в складових структури на Х1д характеристики. На рис.3-6 поданi cIm'ï ВФХ, причому в якост! зм1нного параметра е концентрац1я легуючо! дом1шки в 1-му та 2-му шарах на-п1впров1дника та товщини 1-го та 2-го HapiB д!електрика в1дпо-в1дно. 3 анализу впливу параметр!в шар!в МДНДН структури на форму Н ВФХ встановлено, що емн!сть структури в облает! великих в1д'емних напруг дае шформацш про товщини оксид1в та р1вень легування 1-го шару кремнш; емн!сть структури в облает! великих додатних напруг дае iHopMaitfio про piBHi легування двох напгвпро-в!дникових mapiB i товшину 2-го шару оксиду (оск1льки використо-вувана товщина П1Дзатворного д1електрика не перевищуе 100-120 нм); у випадку, коли д1лянка ВФХ у облает! малих напруг мае ви-гляд полички, емн1сть -структури на щй дыялш дае !нформац1ю про емност! обох mapiB оксиду.

Проанал1зовано вплив вбудованих у д1електрик заряд1в побли-зу трьох" меж розд1лу на вигляд ВФХ. Встановлено, що вбудован! заряди зуыовлюють 3MiHy виду ВФХ МДНДН-структури, причому кожен з заряд!в прйзводить до зсуву лише в1дпов!дно'1 д1лянки ВФХ: заряд б!ля 1-o'i меж1 розд1лу зсувае ВфХ в облает! великих додатних напруг (позитивний вл1во, негативний вправо); заряд б1ля 2-oï меж! розд1лу зсувае ВФХ на д1лянц! великих в!д'емних напруг (позитивний вправо, негативний вл!во); заряд б1ля З-o'i-меж1 розд1лу спричиняе зеув на диянщ малих напруг (позитивний вл1во, негативний вправо).

На ооснов! досл1джень залропоновано неруйнуючий способ контролю параметр1в KHI-структур.

Четвертий розд1л присвячений експериментальному досл1дженню прилад1в на основ! структур "кремн!й-на-1золятор!". Описана технологи формування тестових елемент!в для контролю параметр1в KHI-структур. ПроанаШзован! експериментальн1 ВФХ KHI МОН конденсатор! в. 1з пор!вняння теоретично! та експериментально! ВФХ

3.0

2.0

о

1.0

0.0

—40 -20 0 20 40

У.в

Рис.3. ВФХ МДНДН-етрухтур в р!в-ною когсцентрац 1 зю легувеш-

ня 1-го шару хреиШю: <*ш\=7- 10~®сгп, ¿«3=1 • Ю^ст, N«1 =2 -10ист"3.

3.0

2.0'

о

1.0

0.0

-40 —20 О 20 40

Рис.4. ВФХ МДНДН—структур э р1э-ного концентрацию легуван—

ня 2-го шару кремШю: «¡„„^•Ю^ст, I - 10~*ст, И., =2-!0"ст"1.

3.0

2.5

2.0 -

1.3

1.0

-«0 -20

О

20

е.о

6,0

ц.

с-4.0

2.0

40

0.0

-40

-20

О У,В

20

40

Рис.5. ВФХ МДНДН-структур з р1з- Рис.6. ВФХ МДНДН-структур э р1э-

кою говшиною 1-го шару нот товщикою 2-го шару

оксиду: оксиду:

¿«а= 1 • 10"4сгг. ^„=7-10~*ст.

М.,=2-10"ст . М,,=2 -10 ст .

. N„,= 1,63 10,4сстС*. Мй=1,бЗ-10ист"5.

на основ! описаного у попередньому роздШ способу контролю па-раметр1в отршано додаткову гнформацхю про CTyniHb легування по-л1кремн1евого шару (2,1 Ю16 см"3), товщину п1дзатворного д1е-лектрика (70 нм) та про величини ф1ксованих зарядов у д1електри-ках поблизу трьох меж розд1лу, як1 становили 6,7 Ю10 см-2, 1.2 1011 см-2 1 8 Ю10 см-2 в1дпов1дно.

Для перев1рки отриманих результат1в дослдаували тестовг KHI МОН транзистори. 0ск1льки дан1 про параметри структури i стан на межах розд1лу отриманг з анал1зу ВФХ KHI МОН конденсато-piB, низку параметр1в KHI МОН транзистор1в можна спрогнозувати. Досл1джен1 електричн! властивостг транзистор!в, а також запропо-нован1 шляхи покращення стабыьност! ïx роботи.

Поравняно 3i звичайними МОН транзисторами, виготовленими в монокристал1чному кремнН, KHI МОН транзистори мають ряд особли-востей, пов'язаних з обмеженим об'емом нап!впров1дникового шару, а також з наявнюгю двох затвор1в: верхнього - звичайного та нижнього - KpeMHieBoï подкладки, в1дд1лено'1 в1д полокремнгевого шару 1золюючим шаром оксиду. Детально проанал1зовано режими ро боти п-МОН KHI транзистор1в при р1зних напругах на 3aTEopi i Шдкладц!. Порогова напруга в досл1джуваних транзисторах mîhh-лась в межах 0,9 - 2,5 В у випадку верхнього транзистора i 15,5 17 В для нижнього (що узгоджуеться з визначеними параметрами за даними ВФХ KHI МОН конденсатор!в). Експериментальн! дослдаення показали, що верхн1й та шшпй транзистори не впливають на робо-4i параметри один одного i працюють як сукупнгсть незалежних прилад1в при подач1 напруги на затвор i йдкладку. В облаетi на-сичення струму стоку спостер1гаемо ефект перегину вих1дних характеристик, викликаний 1нжекщею д1рок у нейтральну область KHI МОН транзистора. К1нк-ефект s небажаним, оскыьки може зумовлю-вати сплески струму, що обмежуе област1 застосування приладу.

Для усунення небажаного перегину вих1дних ВАХ-характеристик КН1 МОН транзистора був створений додатковий контакт поблизу каналу транзистора, який контактуе з швертованою поверхнею рекри-стал1зованого шткремнш та досл1джено його вплив на механ1зм проходження струму.

Формування додаткового контакту, який прилягае до канально']' облаетi транзистора - по вс!й довжин! каналу важко реалгзувати у

випадку потужних KHI МОН транзистор!в матрично! конф1гурацП. Тому для 1пдвщення стаб!льност! та керування к1нк-ефектом таких прилад!в розроблено !нший п1дх1д. Керування к1нк-ефектом та збезпечення ekcoko'î якост! рекристал1зованого пол!кремн!ю досяг-нено введениям контакт!в-затравок до п!дкладки в м1сцях перетину дШнок затвор!в матрично! конф!гурацП, якх виконують функщю стоку основних носИв (flipoK) з п1дканальних областей транзистора при подач! напруги зм1щення до п1дкладки.

0CH0BHI РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ I ВИСНОВКИ

1. Розроблейа ф!зична 1 математична модель структури ме-тал-д!електрик-нап!впров!дник-д1електрик-нап!впров1дник. У моде-л1 враховано вплив 1нверсних та збагачених шар1в у нап1впров!д-никах, рхзницю м1ж роботами виходу разних матер1ал1в, заряди в дхелектричних шарах.

2. у рамках модел1 отриман! ochobhï аналхтичн! сп1вв1дно-шення, що дозволяють аналгзувати та розраховувати зонн! д!аграми структури.

3. Показано, що вбудован1 заряди в д!електричних шарах призводять до 3MiHH зарядового стану в сум1жних нап1впров1днико-вих областях, причому заряд поблизу кожно! з-меж розд!лу впливае на зарядовий стан лише виповШо! приповерхнево! облает! на-п1впров1дника.

4. Розроблений ориПнальний алгоритм розв'язку р!вняння Пу-асона i розрахунку зонних д!аграм МДНДН структури, який забезпе-чуе високу швидк!сть i точнгсть розрахунку.

5. Встановлено, що емгисть структури в област1 великих в!д'емних напруг ВФХ дае 1нформад1ю про товщини оксид!в та pl-вень легування 1-го шару кремн1ю; емн1сть структури в облает! великих додатних напруг дае шформащю про piBHi легування двох нап!впров!дникових mapiB i товщину 2-го шару оксиду (оск!льки використовувана товщина п1дзатворного д1електрика не перевищуе 100-120 нм).-

6. Встановлено, що у випадку, коли д1лянка ВФХ у облает! малих напруг мае вигляд полички, емн1сть структури на вдй д!ляк-ц! дае 1нформац1ю про бмност! обох шар1в оксиду.

7. Розроблений оптимальний склад тестових елементхв, що за-безпечуе 36ip оперативно! та д1агностично1 ¿нформацП для ощнки параметров шар1в полжремнш на дгелектрику, а також можливост! технологичного процесу створення активних приладхв у полжремнЬ евих шарах.

8. За даними експериментаяьних вольт-фарадних' характеристик KHI МОН конденсатор!в забрано додаткову хнформацхю про параметри складових багатошарово! МДНДН структури, а також передбачено па-раметри активних прилад!в, сформованих у рекристал1эл1ованих по-л1кремн1евих шарах на д1електричн1й пхдкладш.

9. Досл1джен1 електричн! властивост1. МОН транзистор1в, сформованих у шарах кремшю на 1золятор1, показано добре узгод-ження з передбаченими за даними ВФХ параметрами.

10. Проанал1зован1 режими роботи вказаних транзистор1в, а також запропонованг шляхи для усунення аномалхй вих1дних ВАХ KHI МОН транзистор1В, зумовлених ефектом плаваючо! п1дкладки.

0сновн1 результата дисертацП опубл!кован1 в роботах:

1. Дружинин А.А., Кеньо Г.В., Костур В.Г. Поведение поликремниевых п-р-п -структур при воздействии лазерного излучения // Электронная промышленность, 1988 - N 57 - С.21-22.

2. Дружинин А.А., Кеньо Г.В., Когут И.Т., Костур В.Г. Физическая модель КНИ МДП-транзистора для неравновесного состояния // Электронная техника, сер. 3. Микроэлектроника. - 1990.- Вып.5 (139). - С.89-91.

3. Дружинин А.А., Кеньо Г.В., Когут И.Т., Костур В.Г. Тестовые структуры для контроля параметров слоя поликремн'ия на диэлектрике // Электронная промышленность.- 1991.- N 1.- С.65-68.

4. Дружинин А.А., Кеньо Г.В., Когут И.Т. Особенности КНИ МОП-транзисторов с матричной конфигурацией затвора// Полупроводниковая техника и оптоелекгроника. -1994, вып.28, с.71-74.

5. А.с. SU N1783937. КНД МДП-транзистор. Дружинин А.А., Кеньо Г.В., Когут И.Т., Костур В.Г., Процайло И.Б.

6. А.с. RU N2012948. Матрица КНИ МДП-транзисторов. Дружинин А.'А., Кеньо Г.В., Когут И.Т., Костур В.Г., Яворский П.В.

7. Druzhinin А.А., Kenio G.V., Kogut I.Т., Kostur V.G. Microelectronic Structures in Laser-induced Epitazial Silicon

Layers Insulator // 1st International Conference on Ehitaxial crystal Growth, April 1-7, 1990, Budapest, Hungary,- p.73-75.

8. Kenio G.V., Kogut I.I., Protsajlo I.D. Interface Formation In SOI-Structures by Laser Epitaxy of Polysillcon Layers //Crystal Growth, Pt 2. Proc. of the 3rd European Conference of Crystal Growth, Budapest, Hungary, May 5-11, 1991.

9. Дружинин А.А., КеньоГ.В., КогутИ.Т., Процайло И.Б. Воздействие лазерного излучения на МОП-структуры с поликремниевым затвором // Научно-техн. семинар "Применение лазеров в промышленности": Мат. докл. - Ленинград, 1989.

10. Кеньо Г.В., Буджак Я.С. Елеменги теорН електронних про-цес!в у структурах метал-д1електрик-нап1впров1дник-д1електрик-нап1впров1дник// М1жнародна конференцдя "Матер1алознавство алма-зоподЮних i халькоген1дних нап1впров1дник1в": Тез. доп.- Черн1-вщ, 1994.- С.104.

11. Буджак Я., Кеньо Г.В. Параметри тонкошпвкових МДНДН структур за даними вольт-фарадних характеристик.// 5 Мхжнародна конференщя "Ф1зика 1 технолоНя тонких шивок": Тез. доп. -1вано-Франк1ЕСЬК, 1995.- С.185.

Особистяй внесок автора в отриманн1 наукових результат1в полягае в тому, що положения, як1 складають суть дисертацн були сформульоваш та виршен1 ним самостгйно. Розроблена модель зарядового стану структури метал-д1електрик-нап1впров!дник-д1е-лектрик-нап!впров1дник; запропонований анап1тичний метод розра-хунку зонних д!аграм та теоретичних ВФХ структури; запропонований , метод оперативного контролю параметр1в KHI-структур та виз-начення масиву хнформативних даних для прогнозування характеристик активних прилад1в на 'ix основ!; проведен! експериментальн1 вим!рювання параметр!в KHI МОН конденсатор!в та KHI МОН транзис-тор!в та дослхдження '1х властивостей з метою перев1рки запропо-нованих теоретичних розрахункав; запропонованх техн1чн1 р1шення, як! дозволяють покращити параметри KHI МОН транзистор!в.

- 16 -Abstract

Kenyo G. V. Prognostic and control of the parameters and characters of the devices based on the "silicon-on-insulator" structures. Dissertation paper for fulfillment of the scientific degree of technical science candidate according to speciality 05.27.01 - Solid State Electronic (including functional). State University "Lvivska Politechnika", Lviv, 1995.

Eleven scientific works, containing' results of the theoretical and experimental research of the •work of the devices. based on the "silicon-on-insulator" (SOI) structures are defended. Physical and mathematical model of the charge state of the structure metal-semiconductor-insulator-semicondactor-insu-lator, method of controling of the SOI structures parameters and method of prognostic the characters of the SOI devices are developed. Original methods of the removaling of the anomalies of the current-voltage characters of the SOI MOS FET's caused by the floating substrate effect are proposed.

Аннотация

Кеньо Г.В. Прогнозирование и контроль параметров и характеристик приборов на основе структур "кремний-на-изоляторе". Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 - Твердотельная электроника (включая функциональную). Государственный университет "Льв1вська пол!тех-HiKa", Львов, 1995 г.

Защищается 11 научных работ, которые содержат результаты теоретического и экспериментального исследования работы приборов на основе структур "кремний-на-изоляторе" (КНИ). Разработаны физическая и математическая модели зарядового состояния структуры металл-диэлектрик-полупроводник-диэлектрик-полупроводник, методика контроля параметров структур и метод прогнозирования характеристик приборов на их основе. Предложены оригинальные спо-союы устранения аномалий выходных вольт-амперных характеристик КНИ МОП ПТ, обусловленных эффектом плавающей подложки.

Ключов1 слова: "кремн1й-на-iзолятор!", KHI ШН конденсато-ри, KHI МОН(транзистори, зарядовий стан, ВФХ, "к1нк-ефект".