Подходящие секции 4, 9
Структуры металл-оксид-полупроводник (МОП) на основе SiO2/Si являются базовым элементом в современной микроэлектронике и имеют широкую область применений. В ча-стности, они используются при изготовлении нормально закрытых МОП–транзисторов, в которых перенос тока обеспечивается неосновными носителями, создающими инверсионный канал в режиме сильного обеднения МОП структуры. Важнейшие параметры транзисторов, такие как подвижность носителей, быстродействие и т.д., в решающей степени определяются свойствами образующегося инверсного слоя. При этом, на процессы формирования инверсного слоя и скорость его отклика на изменение приложенного напряжения могут оказывать влияние заряды в диэлектрике, поверхностные состояния на границе раздела диэлектрик-полупроводник, а также процессы генерации-рекомбинации носителей в приповерхностной области полупроводника.
В настоящей работе методом вольт-фарадных характеристик (ВФХ) исследованы коммерческие МОП-структуры Al/SiO2/р-Si с толщиной диэлектрика 120 нм и концентраци-ей легирующей примеси бора 1∙1015 см-3. Структуры подвергались электро-стрессу (прило-жению напряжений обеих полярностей разной длительности) с последующими измерениями ВФХ с помощью параметрического анализатора Keithley 4200A-SCS.
Рисунок 1 – ВФХ p-МОП структуры после электростресса -30 В разной длительности
В результате проведенных экспериментов было обнаружено, что большие напряже-ния, приложенные к структуре в режиме обогащения, приводят к существенному увеличе-нию времени формирования инверсного слоя и времени его отклика на изменение прило-женного напряжения. На рис. 1 приведены ВФХ МОП структуры Al/SiO2/р-Si, измеренные после приложения напряжения -30 В (режим обогащения) с разной длительностью по време-ни. Видно, что с увеличением времени электро-стресса вид ВФХ меняется от низкочастотной (кривая 1) к высокочастотной, а затем – к ВФХ глубокого обеднения (кривые 4, 5), что сви-детельствует об увеличении времени отклика инверсного слоя, а также увеличении времени его формирования при более длительном воздействии отрицательного напряжения. Восста-новление низкочастотного вида ВФХ происходит при положительном напряжении за время от десятков секунд до нескольких минут. Для изучения природы наблюдаемых явлений была исследована кинетика восстановления инверсного слоя после электростресса в режиме обо-гащения в зависимости от величины и длительности приложенного напряжения. Полученные результаты могут быть объяснены загрязнением приповерхностной области кремния быст-родиффундирующими примесями (медь, водород, никель). Эти примеси, двигаясь в области пространственного заряда (ОПЗ) в результате дрейфа (режим обеднения) или диффузии (ре-жим обогащения), могут приводить к существенному изменению концентрации центров ге-нерации-рекомбинации, которые определяют характерные времена формирования инверсно-го слоя и его отклика на изменение приложенного напряжения. Проведенный анализ пока-зал, что наиболее вероятным кандидатом на роль такой примеси являются положительно за-ряженные ионы меди. Наличие меди в исследованных пластинах подтверждается методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии с полным внешним отражением.