Влияние импульсной фотонной обработки в среде азота на надёжность подзатворного оксида кремния, полученного пирогенным окислением
Another Title
Effect of Pulsed Photon Processing in a Nitrogen Ambient on the Reliability of Gate Silicon Oxide Obtained by Pyrogenic Oxidation
Bibliographic entry
Ковальчук, Н.С. Влияние импульсной фотонной обработки в среде азота на надёжность подзатворного оксида кремния, полученного пирогенным окислением = Effect of Pulsed Photon Processing in a Nitrogen Ambient on the Reliability of Gate Silicon Oxide Obtained by Pyrogenic Oxidation / Н. С. Ковальчук, В. А. Пилипенко, Я. А. Соловьёв // Приборы и методы измерений. – 2025. – № 3. – С. 275-280.
Abstract
Надёжность подзатворного диэлектрика является ключевым фактором его применения в электронной компонентной базе современных устройств электроники. Время наработки на отказ слоёв оксида кремния зависит от плотности дефектов, обусловленных наличием гидроксильных групп и водорода в его объёме, и оборванных связей кремния на границе раздела с оксидом. Целью данной работы являлось изучение влияния импульсной фотонной обработки в среде азота на надёжность подзатворного оксида кремния, полученного методом пирогенного окисления. Слои оксида кремния толщиной 17,7 нм получали методом пирогенного окисления подложек монокристаллического кремния, легированных бором с удельным сопротивлением 12 Ом∙см диаметром 100 мм с ориентацией (100) при температуре 850 °С в течение 40 мин. Импульсную фотонную обработку выполняли путём нагрева в азотной среде до 1150 ℃ за 7 с некогерентным потоком излучения от кварцевых галогенных ламп, направленным на нерабочую сторону подложки. Время наработки диэлектрических слоёв на отказ определяли методом ускоренных испытаний с применением тестовых МОП-конденсаторов. Показано, что импульсная фотонная обработка пирогенного оксида в среде азота приводит за счёт уплотнения оксида кремния и образования связей Si–N к увеличению времени наработки на отказ в 2,45 раза, что на 29,8 % больше, чем при обработке в естественных атмосферных условиях.
Abstract in another language
Reliability of a gate dielectric is a key factor in its application for modern electronic devices’ electronic component base. Silicon oxide layers’ operating free-running time depends on defects’ density due to presence of hydroxyl groups and hydrogen in its volume, and broken silicon bonds at the interface with the oxide. Purpose of this work was to study effect of pulsed photon processing in a nitrogen ambient on the reliability of gate silicon oxide obtained by pyrogenic oxidation. Silicon oxide layers with a thickness of 17.7 nm were obtained by pyrogenic oxidation of single crystal silicon substrates doped with boron having resistivity of 12 Ω×cm, diameter of 100 mm, with an orientation of (100) at a temperature of 850 ℃ for 40 min. Pulsed photon processing was performed by heating in a nitrogen ambient upto 1150 ℃ in 7 s under an incoherent radiation flux from quartz halogen lamps directed at the non-working side of the substrate. The dielectric layers’ failure time was determined by accelerated testing using test MOSFET capacitors. It was shown that pulsed photon treatment of pyrogenic oxide in a nitrogen ambient lead to a 2.45–fold increase in operating free-running time due to densification of silicon dioxide and formation of Si-N bonds, which was 29.8 % longer than after processing in natural atmospheric conditions.
View/
Collections
- Т. 16, № 3[10]