Спосіб отримання кремнієвого мдн-транзистора

Реферат: Винахід належить до галузі радіоелектронного матеріалознавства і може бути використаний у радіоелектронному, напівпровідниковому та оптоелектронному приладобудуванні, зокрема при виробництві кремнієвих польових транзисторів. Спосіб отримання кремнієвого МДНтранзистора з довжиною каналу 2-10 мкм і шириною 50 мкм полягає у застосуванні рентгенівського опромінення 870 Р/с протягом 5-10 хв. та поляризації-деполяризації електричним полем Uзв=-10 В підзатворного діелектрика, при одночасному нагріві транзистора ІЧ-променями до Т=(435-450)K. Технічним результатом винаходу є зростання рухливості носіїв в каналі МДН-транзистора. UA 110461 C2 (12) UA 110461 C2 UA 110461 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі матеріалознавства і може бути використаний у радіоелектронному, напівпровідниковому та оптоелектронному приладобудуванні, зокрема при виробництві кремнієвих польових транзисторів. Польові транзистори або МДН-транзистори мають широке застосування у сучасних приладах радіоелектронної та комп'ютерної техніки (МДН - метал - діелектрик - напівпровідник). Швидкодіючі кремнієві польові транзистори використовуються для роботи у ключових та імпульсних пристроях, регуляторах, стабілізаторах, перетворювачах напруги, синхронних випрямлячах, підсилювачах сигналу, генераторах коливань та інших електронних пристроях. Ці прилади виготовляють по планарно-епітаксіальній технології з утворенням горизонтальної чи вертикальної МДН-структури. Основним завданням сучасного виробництва кремнієвих МДНтранзисторів є їх мініатюризація, покращення електрофізичних параметрів та підвищення стійкості до іонізуючого випромінювання. Відомий спосіб "Thin film MOS-transistor having pair of gate electrodes opposing across semiconductor layer" - (Патент Канади СА № 1315421, МПК H01L 29/78, H01L 29/786, 1993 p.) У тонкоплівковому МДН-транзисторі створено конструкцію, яка може мінімізувати розсіяння електронів і, таким чином, підвищити рухливість електронів для досягнення вищої швидкості операцій транзистора. Крім цього, у транзисторі існує тонкий напівпровідниковий шар товщиною, рівною або менше 100 нм, розміщений між парою електродів, які взаємодіють між собою через напівпровідниковий шар. Недоліком способу є незначне зменшення розсіювання електронів. Відомий спосіб "Power MOS device" - (Європейський патент ЕР № 2302684, МПК H01L 21/28; H01L 21/336; H01L 29/423; H01L 29/78, 2011 p.). Винахід стосується потужного МДН-приладу з високою густиною інтеграції інтегральних схем, що містить підкладку з легованого напівпровідника з першим типом провідності, та сформованим напівпровідниковим шаром з нижчою провідністю, транзисторні елементарні конструкції Ті (і=1…n), включаючи основну частину, всередині якої сформовані області витоку, розміщені на напівпровіднику. Потужний МДН-прилад передбачає у кожній із транзисторних елементарних конструкцій побудову входів з подвійною товщиною, при цьому перший тонкий шар iз підзатворного окислу, який, щонайменше частково, з діелектричним шаром перекривають товщину, більшу, ніж перший тонкий шар і визначають центральну частину, відмежовану боковими областями з провідного матеріалу, подальше включення нітриду у верхній частині вище товстого діелектричного шару і бокові області з матеріалу провідника. Недоліком способу є його технологічна складність. Відомий спосіб "Полевой транзистор"- (Патент Росії RU № 2358355 С2, МПК H01L 29/786, 2009 р.). У польовому транзисторі, що містить електрод витоку, електрод стоку, ізолятор затвора, електрод затвора і активний шар, що містить аморфний оксид, в якому концентрація 18 -3 електронних носіїв нижче 10 см , і в якому рухливість електронів зростає зі збільшенням концентрації електронних носіїв. По меншій мірі, один з електродів витоку, електродів стоку і електродів затвора є прозорим для видимого світла, при цьому струм, що протікає між електродом витоку і електродом стоку не перевищує 10 мікроампер, якщо до електрода затвора не прикладено напругу. Згідно з винаходом, транзистори мають покращені характеристики відносно хоча би однієї з властивостей: прозорість, електричні властивості тонкоплівкового транзистора, властивості плівки, ізолюючий затвор, запобігання струмові спливу, адгезивність між активним шаром і підкладкою. Недоліком способу є його технологічна складність. Відомий спосіб "Method for fabricating a MOS transistor with reduced channel length variation and related structure "- (Патент США US № 2011089490 (A1), МПК H01L21/336; H01L29/78, 2011 p.). У патенті описують спосіб виготовлення МДН-транзистора, зокрема LDMOS-транзистора (структура метал - оксид - кремній, за яким останній отримують горизонтальною дифузією), формують самоналаштовану слаболеговану область у першій комірці, що лежить в основі першої бокової стінки входу. Далі формують самоналаштовану область розтягу під другою боковою стінкою входу, де самоналаштована область розтягу простирається від першої комірки до другої. За описаним способом формують області стоку, розміщеного окремо від другої бокової стінки входу, та області витоку у самоналаштованій слаболегованій області і першу комірку. Самоналаштована слаболегована область і самоналаштована область розтягу визначають довжину каналу описаного транзистора. Недоліком способу є його технологічна складність. Відомий спосіб "Semiconductor device" - (Міжнародний патент WO № 2011043402 (А1), МПК H01L 21/822; H01L 21/8234; H01L 21/8247; H01L 27/04; H01L 27/088; H01L 27/115; H01L 29/78; H01L 29/788; H01L 29/792, 2011 р.) за яким отримують напівпровідниковий пристрій, а саме 1 UA 110461 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вертикальний МДН-транзистор, в якому паразитний опір та ефект зворотного зміщення можуть ігноруватись. Напівпровідниковий пристрій це, по крайній мірі, один вертикальний МДНтранзистор, що містить напівпровідниковий стержень, на одному кінці якого формують, область витоку та електрод витоку, область стоку формують на другому кінці напівпровідникового стержня. Також формують електрод стоку, плівку підзатворного окислу для оточення бокової поверхні напівпровідникового стержня, електрод затвора і паразитний опір стоку. Область стоку формують з домішкового дифузійного шару, створеного на підкладці, паразитний опір стоку формують між домішковим дифузним шаром та електродом стоку. У вертикальному МДН-транзисторі нема ефекту зворотного зміщення, що показує зростання порогової напруги через збільшення абсолютного значення електричного зміщення підкладки, який спостерігається у планарних МДН-транзисторах. Недоліком способу є його технологічна складність. Відомий спосіб "Спосіб отримання кремнієвого МДН-транзистора" - (Патент України UA № 72073 А, МПК H01L 21/00, H01L 21/26, 2005 р.), за яким для отримання кремнієвого МДНтранзистора, формують пари n+ областей провідності на поверхні кремнієвої підкладки р-типу шляхом дифузії бору та формують електроди стоку і витоку, формують підзатворний діелектрик на основі SiO2 і формують затворний електрод, проводять пасивацію. Отриману транзисторну структуру з довжиною каналу 2-10 мкм і шириною 50 мкм опромінюють α-частинками з енергією 7 -1 -2 4-5 Мев і густиною потоку 5*10 с см протягом 1-40 хвилин. Недоліком способу є його технологічна складність. Відомий спосіб "Спосіб отримання кремнієвого МДН-транзистора" - (Патент України UA № 72308, МПК H01L 21/00, H01J 37/30, 2005 р.), за яким формують пари n+областей провідності на поверхні кремнієвої підкладки р-типу шляхом дифузії бору та формують електроди стоку і витоку, формують підзатворний діелектрик на основі SiO 2 і затворний електрод, проводять пасивацію. Отриману транзисторну структуру з довжиною каналу 3-10 мкм і шириною 50 мкм опромінюють рентгенівськими променями при потужності експозиційної дози немонохроматизованого випромінювання 870 Р/с протягом 5-20 хвилин, причому опромінення проводять при температурі 430 K і на затвор МДН-транзистора подають від'ємне зміщення величиною 10 В. Недоліком способу є його технологічна складність. Відомий спосіб "Спосіб отримання кремнієвого МДН-транзистора" - (Патент України UA № 77961, МПК H01L 21/70, H01L 29/00, H01J 37/30, 2007 р.), за яким формують пари n+областей провідності на поверхні кремнієвої підкладки р-типу шляхом дифузії бору та формують електроди стоку, витоку і підзатворного діелектрика на основі SiO 2, формують затворний електрод, проводять пасивацію. Отриману транзисторну структуру протягом 10-30 хвилин одночасно опромінюють рентгенівськими променями при потужності експозиційної дози немонохроматизованого випромінювання 870 Р/с та інфрачервоними променями при потужності світлового потоку 1500 лм. Недоліком способу є його технологічна складність. Відомий спосіб "Устройство полевого МОП-транзистора и способ его изготовления" (Патент Росії RU № 2245589 С2 МПК H01L 21/336, H01L 29/76, 2005 р.). У патенті описують спосіб отримання польових транзисторів зі структурою метал - окисел - напівпровідник. Суть винаходу полягає у тому, що пристрій з коротким каналом для регулювання електричного струму містить напівпровідникову підкладку, в якій формують канал. Концентрація легуючих домішок каналу значно змінюється у вертикальному напрямку і є постійною у поздовжньому напрямку. Електроди затвора, витоку і стоку виготовляють на напівпровідниковій підкладці так, що довжина каналу менша або рівна 100 нм. Один із електродів витоку і стоку утворює контакт у вигляді бар'єра Шоткі. Технічним результатом винаходу є створення пристрою з меншою вартістю, вищими параметрами і кращими допусками, ніж дозволяють сучасні технології, зменшення паразитних біполярних взаємодій, підвищення радіаційної стійкості. Недоліком способу є його технологічна складність. Відомий спосіб "Semiconductor device and manufacturing method of the same "- (Патент США № 7868425, МПК H01L 31/117, 2011 p.), в якому описують спосіб виготовлення МДНтранзистора. За цим способом стримують зниження рухливості електронів у каналі, сформованому на шарі напруженого кремнію. Напружений кремнієвий шар р-типу формують на кремній-германієвому шарі р-типу, який сформований на напівпровідниковій підкладці. Напруженому шару р-типу підбирають товщину, більшу від критичної товщини плівки, в якій нема дислокацій невідповідності. Відповідно, дислокації невідповідності мають місце біля поверхні розділу між деформованим кремнієвим шаром р-типу і кремній-германієвим шаром ртипу. У положенні, яке знаходиться під електродом затвора і, в якому генеруються дислокації 2 UA 110461 C2 5 10 15 20 25 30 35 невідповідності, концентрація домішок у n-типі напруженого кремнієвого шару та n-типі кремній19 -3 германієвого шару становить 1*10 см або менше. Недоліком способу є його технологічна складність. Найближчим за технологічною суттю прототипом є "Спосіб отримання кремнієвого МДНтранзистора" - (Патент України UA № 86018, МПК H01L 21/26, H01L 21/336, H01L 29/76, 2009 р.), за яким формують пари n+областей провідності на поверхні кремнієвої підкладки р-типу, електроди стоку і витоку, підзатворний діелектрик на основі SiO 2 i затворний електрод, проводять пасивацію та опромінення отриманої транзисторної структури з довжиною каналу 210 мкм і шириною 50 мкм рентгенівськими променями при потужності експозиційної дози немонохроматизованого випромінювання 870 Р/с протягом 5-10 хвилин, після чого додатково -3 опромінюють лазерним імпульсом (λ=1,06 мкм, τ=104 с) з густиною енергії (3,0-3,5) Дж/см2, причому лазерне опромінення здійснюють зі сторони кремнієвої підкладки. Недоліком способу є те, що у технологічному процесі не досягають підвищення ефективної рухливості носіїв у каналі МДН-транзистора. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб отримання кремнієвих МДНтранзисторів шляхом введення у технологічний процес додаткової обробки отриманих транзисторних структур поляризуючим електричним полем та одночасним інфрачервоним (ІЧ) опроміненням, що дозволить підвищити ефективну рухливість носіїв у каналі МДН-транзистора без застосування довготривалих, енергоємних, екологічно шкідливих технологічних процесів. Поставлена задача вирішується так, що у відомому способі отримання кремнієвого МДНтранзистора, за яким формують пари n+ областей провідності на поверхні кремнієвої підкладки р-типу та електроди стоку і витоку, підзатворного діелектрика на основі SiO2 і затворного електрода, проводять пасивацію та опромінюють отриману транзисторну структуру з довжиною каналу 2-10 мкм і шириною 50 мкм рентгенівськими променями при потужності експозиційної дози немонохроматизованого випромінювання 870 Р/с протягом 5-10 хв. при кімнатній температурі, причому у колі затвор-витік прикладають поляризуюче поле (UЗВ=-10 В) при одночасному нагріві транзистора ІЧ променями до Т=(435-450) K упродовж (20-30) хв., після чого заполяризований транзистор витримують 30 хв. при напрузі UСВ=0,5 В, причому поляризацію-деполяризацію проводять 2 рази і транзистор охолоджують до кімнатної температури зі швидкістю Vох=0,3 K/с. Суттєвість відмінних ознак підтверджується тим, що авторам невідомі способи отримання МДН-транзисторів, які використовують ці ознаки для розв'язування існуючої задачі. Ефективну рухливість носіїв у каналі МДН-транзистора розраховують за відомою методикою, описаною у роботі: Зи С. Физика полупроводниковых приборов: Т. 2 // Москва, "Мир". 1984. - 450 с. (С. 17):  eff  gm C ох Ud , де: gm - крутизна передаточної (стоко-затворної) характеристики, що розраховується за  dI  о ох Sg gm  max d  Cох   dU  C dox  d  ; ох - ємність по затвору, рівна формулою , де S g - площа затвора, Sg  LW ( L - довжина, W - ширина каналу МДН-транзистора), dox - товщина 40 підзатворного діелектрика SiO2; Ud - напруга стоку (відповідає початку режиму відсічки каналу). Відомо, що рухливість носіїв у каналі МДН-транзистора є важливим критерієм його швидкодії. Зокрема, гранична частота транзистора без врахування затримки, зумовленої паразитними елементами схеми, задається формулою: fгр  45 1 2пр , і визначається часомпрольоту пр носіїв вздовж каналу транзистора між витоком і стоком. Його величина задається геометричними параметрами L транзистора, швидкістю насичення носіїв у каналі Vн та зовнішнім зміщенням ( UBC ) між витоком і стоком, а саме: пр  L L L2   Vн E UBC . Тобто для заданої довжини каналу підвищення рухливості носіїв є найбільш ефективним 50 способом зменшення пр . Останню технічну задачу у даний час розв'язують так: 3 UA 110461 C2 5 10 15 замість монокристалічного кремнію застосовують монокристалічні напівпровідникові матеріали GaAs, GaN, які мають у 3-4 рази вищу рухливість електронів; або застосовують "напружений" кремній, що дає змогу підняти рухливість носіїв у каналі на 20-30 %. Обидва названі способи значно ускладнюють технологічний процес отримання МДНтранзисторів та підвищують собівартість електронних виробів. Рухливість носіїв у каналі кремнієвого МДН-транзистора фізично залежить від структурної досконалості границі розділу (ГР) Si-SiO2 і, як правило, внаслідок розсіяння носіїв на потенціальному рельєфі ГР у 2-3 рази менша від її об'ємного значення. Технологічні способи вдосконалення ГР Si-SiO2 на сьогоднішній день не дають відчутних результатів. Ситуація ускладнюється тим, що на границі розділу Si-SiO2 у приграничному шарі SiO2 існує додатній + + + фіксований заряд нерухомих іонів Si, а також локалізований заряд мобільних іонів Na , K , Н . Вони суттєво збурюють потенціальний бар'єр ГР, зменшуючи рухливість носіїв у каналі. Дія + рентгенівського опромінення супроводжується локалізацією звільнених іонів Н на границі розділу Si-SiO2. Це призводить до зростання густини поверхневих станів та погіршення потенціального рельєфу границі розділу. Автори вперше пропонують покращити потенціальний + + + рельєф границі розділу зменшенням концентрації додатних іонів Na , K , Н , локалізованих на міжфазній границі Si-SiO2. Визначену задачу досягають наступними діями: 1) проводять вимірювання стоко-затворних характеристик вихідного транзистора та * 20 25 30 35 40 45 50 55 розраховують  еф його носіїв; 2) МДН-транзистор опромінюють рентгенівськими променями тривалістю 5-10 хв. при + кімнатній температурі. При цьому відбувається звільнення іонів Н із пасток підзатворного діелектрика SiO2 та їх локалізація на ГР Si-SiO2; 3) у колі затвор-витік прикладають поляризуюче поле (UЗВ=-10 В) з одночасним ІЧ-нагрівом до температури Т=(435-450) K до повної поляризації підзатворного діелектрика SiO2 впродовж 20-30 хв, що контролюється струмом зарядки. При цьому U ВС=0,5 В. У заполяризованому стані МДН-транзистор витримується 30 хв. і далі проводиться його повна деполяризація - зміна напрямку електричного поля при ІЧ-опроміненні Т=435 K. У процесі поляризації значна частина + + + мобільних додатних іонів Na , K та водневих комплексів Н дрейфує від межі розділу Si-SiO2 крізь діелектрик до затвора, де нейтралізується (UЗВ=-10 В); 4) проводять повторний цикл поляризація-деполяризація з наступним охолодженням транзистора до кімнатної температури шляхом його обдуву потоком повітря. Значення температури для циклу "поляризація-деполяризація" визначається з кривих ТСД (термостимульованої деполяризації) тестових транзисторів і відповідає високотемпературному (ВТ) максимуму струму у спектрі термостимульованої деполяризації J(T). Для кремнієвих МДНтранзисторів ця величина складає 435-450 K. Згідно з природою максимумів ТСД структур Si-SiО2 це відповідає переміщенню іонного заряду з ВТ-пасток у НТ-пастки з їх наступною локалізацією (Koman B.P., Galchynskyy O.V., Kovalyuk R.O. Alfa-particle irradiation induced defects in SiО 2 films of Si-SiO2 structured // NIM B. 1996. - № 116. - P. 389-392). Зменшення локалізованого заряду на ВТ-пастках супроводжується упорядкуванням ГР, оскільки саме заряд, локалізований на цих пастках формує потенціальний 3+ рельєф ГР Si-SiО2. Статичні іони Si вбудованого додатного заряду частково нейтралізуються електронами, які тунелюють з підкладки Si. Отже, розсіювання електронів на ГР зменшується, що приводить до зростання рухливості носіїв у каналі МДН-транзистора. Досліди по + + переполяризації свідчать про те, що звільнені з пасток іони Na , K намагаються зайняти нижчі енергетичні пастки (-0,8 еВ) шляхом їх міграції після термо-польового збудження з більш високоенергетичних пасток (-1,0 еВ). Наслідком є зростання низькотемпературного (НТ) максимуму у ТСД-спектрі з одночасним зменшенням високотемпературного (ВТ) - максимуму. Міграція іонів лужних металів в області НТ-пасток, де локалізовані іони водню може супроводжуватися утворенням різноманітних водневмісних комплексів з участю іонів кремнію, кисню та лужних металів в області НТ-пасток, що мають дипольні властивості. Одним із + варіантів таких дипольних утворень є комплекси зі зв'язаним Na у формі  Si - О - Na . Причому, + при попередній радіаційній обробці таке утворення є джерелом іонів Na за реакцією: + + Si-O-Na Si-O-Na , які мігрують в область НТ-пасток. Крім того, імовірна реакція заміщення з участю молекулярного водню NaН + Si-O-Na +½H2Si-O-Na та утворення диполя Si-ОН і виділенням міжвузельного Na. Останній легко іонізується, оскільки його рівень лежить на відстані 1,7 еВ від дна зони провідності SіO 2. 4 UA 110461 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 На завершальному етапі проводять контроль стоко-затворних характеристик МДНтранзистора та розрахунок ефективної рухливості носіїв. Для вимірювання стоко-затворних характеристик МДН-транзисторів використовують автоматизований вимірювальний комплекс на основі IBM-PC та зовнішнього блока з незалежним живленням, що з'єднується з PC по стандартному інтерфейсу "Centronix". Блок включає буферні схеми, два цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), а також багатофункціональний високорозрядний аналого-цифровий перетворювач (АЦП). Автоматизацію процесу вимірювань забезпечують використанням програмного середовища Borland Turbo Pascal 7.0. У результаті застосування запропонованого способу покращується електричний рельєф границі розділу Si-SiO2. Це приводить до зменшення розсіювання носіїв струму, збільшення ефективної рухливості носіїв у каналі МДН-транзистора, і, як наслідок, до збільшення граничної частоти транзистора. Фіг. 1 - промислова установка "Зонд-5" для дослідження інтегральних мікроструктур та напівпровідникових приладів: 1 - оптична головка ОГМЄ - П2 ТУЗ - 3. 674-71 з бінокулярами оптичного мікроскопу, 2 - електронний блок автомату для програмного керування зондами по напрямках (X) і (Y) та процесом вимірювання, 3 - тримач головок багатозондовий з вимірювальними зондами, 4 - несуча станина, на якій змонтовані вимірювальна та оптична система з вмонтованим електронним блоком перемикачів режимів вимірювань та управління маркерів, 5 - гвинт вертикального переміщення тримача головок з вимірювальними зондами, 6 механізм переміщення та фіксації вимірювальних зондів, 7 - пристрій координатного переміщення освітлювача мікроскопа. Фіг. 2 - схема багатозондового тримача головок: 1 - багатозондовий тримач головок, 2 столик, 3 - пластина, фіксована вакуумною присоскою, 4 - контактуючі зонди, 5 - відвідні провідники до вимірювальної схеми, 6 - чип, що містить досліджувані тестові МДН-транзистори. Фіг. 3 - структура кремнієвого МДН-транзистора з ізольованим затвором: 1 - витік, 2 - затвор, 3 - стік. Фіг. 4 - поперечний переріз кремнієвого МДН-транзистора з ізольованим затвором. Фіг. 5 - функціональна блок-схема комплексу для поляризації-деполяризації підзатворного діелектрика кремнієвого МДН-транзистора: 1 - двоканальний регульований блок живлення типу HY elec HY3005-2 для живлення кола "затвор-витік" (UЗВ) та кола "стік-витік" (UСВ), 2, 4 цифровий прецизійний мультиметр типу UNI-TUT804 для контролю напруги зміщення у колі "стік-витік", 3 - вольтметр И7-31, R1, R2 - опори навантаження, S1 - перемикач полярності поляризуючого поля. Фіг. 6 - ТСД - спектр вихідного транзистора (термостимульованої деполяризації кремнієвого МДН-транзистора, L=10 мкм). Фіг. 7 - ТСД-спектр МДН-транзистора після рентгенівського опромінення протягом 10 хв. Фіг. 8-1) ТСД-спектр МДН-транзистора після 2 циклів переполяризації підзатворного діелектрика, 2) - після 3 циклів переполяризації, U=10 В, Т=440 K, швидкість розгортки -1 температури - 0,06 К*с . Фіг. 9, 10, 11 - еволюція змін у концентрації зарядів та носіїв струму при рентгенівському опроміненні та деполяризації транзисторної структури, + - рухомий заряд Н на структурних недосконалостях, заряд в окислі SіO2, 45 50 55 + + - рухомий заряд Іонів Na , K , - додатній (фіксований) вбудований - локалізований заряд на поверхневих пастках границі Si-SiO2, від'ємний заряд, захоплений в окислі, - нейтральні атоми Na+, K+ при (Uз=0), (Uз=0, рентгенівське опромінення 10 хв.), (UЗ=-10 В). Фіг. 12 - стоко-затворні характеристики кремнієвого МДН-транзистора: 1 - вихідна характеристика, 2 - характеристика після двократного циклу "поляризація-деполяризація" (L=10 мкм). Фіг. 13 - автоматизований вимірювальний комплекс на основі IBM-PC для вимірювання стоко-затворних характеристик МДН-транзисторів: 1 - блок живлення, 2, 3 - ЦАП (КР594ПА1), 4 комп'ютер, 5 - монітор, 6 - клавіатура, 7 - АЦП (CS5528). Техніко-економічна ефективність запропонованого способу у порівнянні з прототипом полягає у покращенні електричних параметрів МДН-транзисторів та їх експлуатаційних характеристик: покращується рельєф ГР, зменшується розсіювання носіїв струму, зростає рухливість носіїв у каналі МДН-транзистора. Докази цього полягають у наступному: 5 UA 110461 C2 + 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - дія рентгенівського опромінення приводить до звільнення іонів Н в об'ємі підзатворного діелектрика SiО2 та їх локалізації на границі розділу Si-SiO2, і до утворення складних дипольних + + комплексів з іонами Na , K . Останні у процесі поляризації шляхом дифузії мігрують до затвора, де і нейтралізуються; - зменшення локалізованого заряду на ВТ - пастках приводить до вирівнювання потенціального рельєфу ГР; - зменшується розсіювання електронів на ГР, що приводить до зростання рухливості носіїв у каналі МДН-транзистора; Вибір температурного діапазону 430-450 K для проведення поляризації обумовлений тим, що, згідно досліджень ТСД, саме у цьому діапазоні відбуваються процеси міграції іонів з високоенергетичних пасток у низькоенергетичні. Це приводить до звільнення з пасток ГР + + + позитивно заряджених іонів Н , Na , K , їх дрейф у глибину SiО2 та наступну нейтралізацію на затворі/ Перелічені переваги підтверджують передбачений технічний результат. Запропонований спосіб можна проілюструвати наступними прикладами. Приклад 1 N-канальні, безкорпусні МДН-транзистори з полісиліконовим затвором виготовляють по заводській технології на кремнієвій основі з довжиною каналу L=10 мкм і шириною 50 мкм. Товщина підзатворного діелектрика становить 160 мкм. Вихідним матеріалом для виготовлення транзисторів служать леговані бором підкладки кремнію (КДБ - 100) з орієнтацією (111) і величиною питомого опору 20 Ом*см. Використовуючи стоко-затворну характеристику Іс=f(UЗВ), розраховують ефективну 2 рухливість носіїв у вихідному транзисторі. Отримують значення 780 см /В*с. Надалі транзистор опромінюють рентгенівськими променями при кімнатній температурі. Джерелом рентгенівського випромінювання служить апарат "РЕЙС-И" з мідним антикатодом. Робочий струм при опроміненні становить 100 мA при прискорюючій напрузі 30 кВ. Потужність експозиційної дози немонохроматизованого випромінювання, розрахована згідно з інструкцією по експлуатації, 5 становить Ре=870 Р/с, розрахована доза випромінювання становить 2*10 рад/хв. Розрахунок дози випромінювання виконують згідно зі способом, описаним в роботі: Гуртов В.А., Камбалин С.А., Назаров А.П. Поверхность, 1984, - Т. 3, № 6, С. 114. Опромінення транзисторної структури рентгенівськими променями проводять протягом 10 хв., поляризацію-деполяризацію здійснюють однократно. Поляризацію підзатворного діелектрика SiO 2 здійснюють вмиканням напруги UЗВ=10 В на 30 хв. Поляризацію здійснюють при температурі 435 K, опромінюючи транзисторну структуру ІЧ-променями від лампи типу ИКЗ 215-225-250-1 кут випромінювання ~ 80 град, кольорова температура - 2350 K, світловий потік 1500 лм протягом 30 хв. Відстань від поверхні балону лампи до транзисторної структури становить 12 см. Деполяризацію здійснюють зміною полярності напруги UЗВ на 30 хв. Вимірювання вольт-амперних характеристик транзисторів (ВАХ) здійснюють на промисловій установці "Зонд-А5". Охолоджують транзисторну структуру до кімнатної температури зі швидкістю 0,3 K/с шляхом обдуву потоком повітря. Вимірюють стоко-затворну характеристику транзистора Іс=f(UЗВ). Розрахунок ефективної 2 рухливості носіїв дає результат 2592 см /В*с. Рухливість електронів у каналі МДН-транзистора зростає у 3,3 разу. Приклад 2 Аналогічно до прикладу 1 виготовляють n-канальні, безкорпусні МДН-транзистори з полісиліконовим затвором по заводській технології на кремнієвій основі з довжиною каналу L=10 мкм і шириною 50 мкм. Ефективна рухливість носіїв у вихідному транзисторі становить 767 2 см /В*с. Опромінення рентгенівськими променями триває 10 хв, процеси поляризаціїдеполяризації здійснюють при Т=435 K, триразово. Охолоджують транзисторну структуру до кімнатної температури зі швидкістю 0,3 К/с шляхом обдуву потоком повітря. Вимірюють стокозатворну характеристику транзистора Іс=f(UЗВ). Розрахунок ефективної рухливості носіїв дає результат 2431 см /В*с. Рухливість електронів у каналі МДН-транзистора зростає у 3,2 разу. Приклад 3 Аналогічно до прикладу 1 виготовляють n-канальні, безкорпусні МДН-транзистори з полісиліконовим затвором по заводській технології на кремнієвій основі з довжиною каналу L=2 мкм і шириною 50 мкм. Ефективна рухливість носіїв у вихідному транзисторі становить 811 2 см /В*с. Опромінення рентгенівськими променями триває 5 хв, поляризацію-деполяризацію здійснюють при Т=435 K, дворазово. Вимірюють стоко-затворну характеристику транзистора Іс=f(UЗВ). Розрахунок ефективної рухливості носіїв дає результат 2431 см /В* с. Рухливість електронів у каналі МДН-транзистора зростає у 3,1 разу. 6 UA 110461 C2 У табл. наведено значення ефективної рухливості кремнієвого МДН-транзистора (L=2-10 мкм, W=50 мкм) у залежності від режиму додаткової обробки. Таблиця Параметри МДН-транзисторів та умови їх поляризації Ефективна Ефективна рухливість Час Транзистор рухливість носіїв N носіїв у Температура Число циклів рентгенівського L/W після п/п вихідному поляризації, К переполяризації опромінення, мкм/мкм переполяризацій, транзисторі хв. 2 см /В*с 2 см /В*с 1 10/50 780 450 2 2592 10 2 10/50 767 435 3 2431 10 3 4/50 775 440 2 2398 8 4 2/50 811 435 2 2498 5 5 10/50 694 435 3 2011 8 5 Результати, наведені на фігурах 1-13 та у таблиці 1 показують, що запропонована додаткова обробка є ефективною для цих кремнієвих транзисторних структур, оскільки для різних довжин каналів транзисторів 2-10 мкм забезпечує 3-кратне зростання рухливості носіїв у каналі МДН-транзистора. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 Спосіб отримання кремнієвого МДН-транзистора, за яким формують пари n+ областей провідності на поверхні кремнієвої підкладки р-типу та електроди стоку і витоку, підзатворного діелектрика на основі SiO2 і затворного електрода, проводять пасивацію та опромінюють отриману транзисторну структуру з довжиною каналу 2-10 мкм і шириною 50 мкм рентгенівськими променями при потужності експозиційної дози немонохроматизованого випромінювання 870 Р/с протягом 5-10 хв. при кімнатній температурі, який відрізняється тим, що у колі затвор-витік створюють поляризуюче поле шляхом прикладання напруги UЗВ=-10 В при одночасному нагріві транзистора ІЧ променями до температури Т=435-450 K упродовж 2030 хв., після чого заполяризований транзистор витримують 30 хв. при напрузі UCВ=0,5 В, причому поляризацію-деполяризацію проводять 2 рази і транзистор охолоджують до кімнатної температури зі швидкістю Vox=0,3 K/с. 7 UA 110461 C2 8 UA 110461 C2 9 UA 110461 C2 10 UA 110461 C2 11 UA 110461 C2 12 UA 110461 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 13