Влияние конструктивно-технологических характеристик на радиационную стойкость МОП-структур

В данном пункте будут рассмотрены конструктивно-технологические характеристики, влияющие на стойкость оксидов. Хотя основное внимание будет уделено параметрам, определяющим стойкость подзатворных оксидов, данные параметры также будут оказывать аналогичное влияние на радиационно-индуцированное накопление заряда в полевых изоляционных оксидах и захороненных оксидах КНИ-структур. Ключевым моментом технологического процесса, сильно влияющим на стойкость подзатворного оксида, является толщина оксида. К счастью, при снижении толщины оксида улучшается его радиационная стойкость [13, 15]. На рис. 3.34 [13] показаны графики зависимостей от толщины оксида сдвигов порогового напряжения, обусловленных зарядами ПС и в оксиде, для сухих и влажных (выращенных в паровой среде) оксидов. Видно, что сдвиги порогового напряжения, приходящиеся на оба типа зарядов, снижаются с уменьшением толщины по закону, чуть меньше чем t_ox ² (от t_ox ^1,5 до t_ox ^1,8). Для очень тонких оксидов (< 20 нм) имеются свидетельства того, что величина радиационно-индуцированного заряда, захваченного в оксиде, снижается с уменьшением толщины оксида даже еще сильнее [13]. Вследствие улучшения стойкости по мере уменьшения толщины подзатворные оксиды передовых коммерческих технологических вариантов могут быть чрезвычайно радиационно-стойкими.

а	б

Рис. 3.34. Зависимости сдвигов порогового напряжения, обусловленных зарядами, накопленными в оксиде (а) и на ПС (б), от толщины оксида [13]

Рис. 3.35. Влияние температуры отжига на радиационно-индуцированный заряд, накопленный в оксиде [13]

Кроме толщины оксида на радиационную стойкость могут влиять и другие технологические характеристики. Например, высокотемпературный отжиг может существенно снизить стойкость прибора вследствие образования в оксиде кислородных вакансий. На рис. 3.35 показан график температурной зависимости D V_ot для конденсаторов, отожженных в азоте при температурах от 800 до 950 °С и облученных дозой 1 Мрад(SiO₂) [13]. Температура отжига свыше 875 °С приводит к значительному росту D V_ot. Тенденциями передовых коммерческих технологий изготовления ИС является минимизация времени и температуры операций отжига и окисления, чтобы свести к минимуму перераспределение легирующих примесей. Таким образом, минимизация температуры отжига в целях повышения радиационной стойкости согласуется с существующими тенденциями развития технологии изготовления коммерческих ИС.

Отжиг в среде азота при тех же температурах на величину D V_it влияет существенно меньше. Однако отжиг в водородсодержащей среде после осаждения материала затвора (поликремния или металла) может привести к существенному повышению радиационно-индуцированного заряда ПС. На рис. 3.36 [13] показаны значения D V_it для конденсаторов, отожженных после осаждения материала затвора в средах с различным содержанием водорода и облученных дозой 100 крад(SiO₂). Конденсатор А отжигался в среде с наименьшим содержанием водорода, а конденсатор С — в среде с наибольшим содержанием водорода. Увеличение содержания водорода при отжиге привело к росту концентрации заряда ПС.

Рис. 3.36. Влияние водорода на радиационно-индуцированное накопление заряда ПС [13]: конденсатор А отжигался в среде с наименьшим содержанием водорода, а конденсатор С — в среде с наибольшим содержанием водорода

Таким образом, для получения оптимальной стойкости технологические операции после создания затворной системы следует проводить при температуре £ 850 °С (за исключением, возможно, нескольких операций быстрого кратковременного термического отжига) и в среде, содержащей минимальное количество водорода.