Ultra-płytka implantacja fluoru z plazmy w.cz. jako metoda poprawy właściwości elektro-fizycznych struktur MIS z dielektrykami bramkowymi wytwarzanymi metodą PECVD

• Autorzy: Kalisz M. , Mroczyński R. , Beck R. B.

Warianty tytułu

EN

Ultra-shallow fluorine implantation from r.f. plasma as a method for improvement of electro-physical properties of MIS structures with PECVD gate dielectric layers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono analizę zmian parametrów elektrycznych i niezawodnościowych, jakie wprowadza obecność bogatej we fluor warstwy w strukturze bramkowej układu MOS (MIS] z dielektrykami bramkowymi wytwarzanymi metodą PECVD. Powierzchnia podłoży krzemowych przed wykonaniem struktur testowych poddana została odmiennie, niż spotyka się to najczęściej w literaturze, procesom ultra-płytkiej implantacji jonów z plazmy CF₄. Uzyskane wyniki wskazują, że badane układy MOS (MIS), wykonane na zmodyfikowanych podłożach krzemowych, charakteryzują się mniejszymi (co do wartości bezwzględnej) wartościami napięcia płaskich pasm (U_FB) oraz ładunku efektywnego (Q_eff) w porównaniu do struktur referencyjnych. Nie zmienia się natomiast znacząco gęstość stanów powierzchniowych w środku pasma energii zabronionej krzemu (D_itmb). Wprowadzenie fluoru w obszar graniczny półprzewodnik/dielektryk struktur MOS (MIS) powoduje w konsekwencji także nieznacznie zmniejszenie wartości przenikalności elektrycznej warstw dielektrycznych.

EN

In this work, the analysis of changes in electro-physical and reliability properties, which introduce fluorine-rich dielectric layer formed in the gate of MOS (MIS] structures with PECVD dielectric layers, has been reported. In contrary to commonly found in literature ways, ultra-shallow fluorine implantation from CF₄ plasma of silicon substrates, before the fabrication of test structures, was performed. Presented results have shown, that investigated MOS (MIS) structures, fabricated on modified silicon substrates, are characterized by lower (in absolute values) flat-band voltage (U_FB) and effective charge (Q_eff) values in comparison to reference structures. Moreover, interface states density in the middle of silicon forbidden band values (D_itmb do not seem to differ significantly In consequence, introduction of fluorine into the semiconductor/dielectric interface of MOS (MIS] structure results in a small decrease of permittivity constant of PECVD dielectric layers.

Słowa kluczowe

PL

ultra-płytka implantacja; fluor; plazma w.cz.; MOS; PECVD

EN

ultra-shallow implantation; fluorine; RF plasma; MOS; PECVD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 2
• Strony: 20--26
• Opis fizyczny: Biliogr. 14 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kalisz M.

autor

Mroczyński R.

autor

Beck R. B.

• Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki

Bibliografia

• [1] http://www.itrs.net/
• [2] Singer P./ed./: Intel and IBM commit to high-k metal gates Semicond Int 1, 2007.
• [3] Nishioka Y. et al.: Dramatic improvement of hot-electron-induced interface degradation in MOS structures containing F or Cl in SiO2. IEEE Electr Dev Let 9: 38-40, 1988.
• [4] Grigonis A. et al.: Formation of polymeric layer during silicon etching in CF2 Cl2 plasma. Vacuum 70: 319-22, 2003.
• [5] Da Silva Jr. E. F. et al.: Radiation response of MOS capacitors containing fluorinated oxide. IEEE Trans Electr Dev 34: 1190-1195, 1987.
• [6] Wang X. W. et al.: Pre-Oxidation Fluorine Implantation into Si. J. Electrochem. Soc. 139: 238-241, 1992.
• [7] Ahn J. et al.: Radiation hardened metal-oxide-semiconductor devices with gate dielectrics grown by rapid thermal processing in O2 with diluted NF3. J. Appl. Phys. 58: 425-427, 1991.
• [8] Chowdhury P. et al.: Improvement of ultrathin gate oxide and oxynitride integrity using fluorine implantation technique. App. Phys. Let. 70: 37-39, 1997.
• [9] Ych K-L. el al.: Fluorinated thin gate oxides prepared by room temperature deposition followed by furnace oxidation. Solid State Electr 43: 671-676, 1999.
• [10] Lo G. Q. et al: Thin fluorinated gate dielectrics grown by rapid thermal processing in O2 with diluted NF3. IEEE Trans. Electr. Dev. 39: 148-153, 1992.
• [11] Lo G. Q. et al.: MOS characteristics of fluorinated gate dielectric grown by rapid thermal processing in O2 with diluted NF3. Elect. Dev. Lett. 26: 511-513, 1990.
• [12] Kalisz M. et al: Reactive ion etching process (RIE) in CF4 plasma as a method of fluorine implantation. Vacuum 82: 1040-1045, 2008.
• [13] Endo K. et al.: Fluorinated amorphous carbon thin films grown by helicon plasma enhanced chemical vapor deposition for low dielectric constant interlayer dielectrics. App. Phys. Let. 78: 2864, 1995.
• [14] Kalisz M. et al.: The role of fluorine-containing ultra-thin layer in controlling boron thermal diffusion into silicon. J. Telecomm. Inf. Technol., 2-3: 5-9, 2007.