Электрофизические свойства нетрадиционных диэлектрических слоев (ионно синтезированный SiO2 и HfO2, ZrO2, Al2O3) на поверхности кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР С НЕТРАДИЦИОННАМИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЛОЯМИ. (Литературный обзор)

1.1. Структуры Si-Hkl. получение и электрофизические свойства.

1.1.1. Введение.

1.1.2. Способы получения структур Si-HkI-затвор.

1.1.3. Энергетическая диаграмма структур Si-Hkl.

1.1.4. Строение и электрофизические свойства межфазовой границы кремний-HkI.

1.1.5. Электрофизические объемные свойства пленок Hkl на кремнии.

1.2. Структуры SIMOX. Получение и электрофизические свойства.

1.3. Выводы к ГЛАВЕ 1.

Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Система электролит-диэлектрик-полупроводник и ее возможности для изучения процессов в структурах кремний-диэлектрик.

2.2. Методы исследования структур кремний-диэлектрик в системе электролит-диэлектрик-полупроводник.

2.2.1. Электрофизические методы исследования.

2.2.2. Статическая и динамическая деградация структур кремний-диэлектрик.

2.3. Определение энергетической диаграммы структур кремний-диэлектрик на основе метода полевых циклов в электролите.

2.4. Исследуемые образцы.

2.5. Выводы к ГЛАВЕ 2.

Глава 3. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРУКТУР Si

Si02, ПОЛУЧЕННЫХ ПО SIMOX-ТЕХНОЛОГИИ.

3.1. Исходное зарядовое состояние SIMOX-структур.

3.2. Влияние БУФ-облучения на зарядовое состояние структур Si-Si

3.3. Полевая стабильность структур Si-Si02, полученных по

SIMOX технологии.

3.4. Роль маскирующего окисла в формировании зарядовых свойств SIMOX структур Si-Si02.

3.5. Энергетическое положение ЭАЦ, ответственных за положительный заряд в SIMOX структур Si-Si02.

3.6. Модель образования и природа ЭАЦ, ответственных за зарядовое состояния SIMOX-структур.

3.7. Выводы к ГЛАВЕ 3.

Глава 4. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРУКТУР КРЕМНИЙ-ДИЭЛЕКТРИК С ВЫСОКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ (Zr02, НЮ2, А1203).

4.1. Использование системы ЭДП для исследования структур Si

4.2. Исходные зарядовые характеристики структур Si-Hkl.

4.3. Влияние электрических полей на зарядовую стабильность структур Si-Hkl.

4.4. Влияние БУФ-облучения на зарядовую стабильность структур Si-Hkl.

4.5. Энергетические диаграммы структур Si-Hkl.

4.6. Электрически активные центры в структурах Si-Hkl.

4.7. Выводы к ГЛАВЕ 4.

Глава 5. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОЛЕВЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТРУКТУРЫ КРЕМНИЙ-ДИЭЛЕКТРИК.

5.1. Влияние динамического полевого воздействия на зарядовые свойства структур Si-Si02.

5.2. Влияние динамического полевого воздействия на зарядовые свойства структур Si-Hkl.

Одним из факторов, определяющих темпы научного и технического прогресса в твердотельной электронике, является успешное проведение фундаментальных исследований физико-химических процессов, протекающих в структурах диэлектрик-полупроводник (ДП). Начиная с 1960 года, доминирующим материалом в микроэлектронике являлся кремний благодаря его исключительным механическим, химическим и электрическим свойствам, позволившим сформировать практически идеальную структуру диэлектрик-полупроводник путем его термического окисления. В настоящее время структуры Si-Si02 являются базовыми в микроэлектронике. Однако развитие коммуникационных технологий и увеличивающаяся миниатюризация предъявляет к устройствам микроэлектроники все больше и больше требований, выполнение которых зачастую невозможно или находится на грани возможностей кремниевой технологии по чисто физическим причинам. Одним из таких требований является переход от электрической передачи данных к оптической, что равносильно требованию производства оптоэлектронных устройств, способных генерировать, модулировать и обрабатывать оптические сигналы на базе существующей кремниевой технологии. В этой связи в современной твердотельной электронике можно выделить две наиболее актуальные проблемы, которые требуют решения в ближайшие время.

1. В микроэлектронике просматриваются два основных направления, основывающихся на кремневой технологии. Первое направление связано с развитием технологий КНД (кремний на диэлектрике), к который относится ионный синтез скрытых диэлектрических слоев. Второе направление заключается в создании высококачественных структур кремний — диэлектрик, в которых доминирующий в настоящее время слой SiC>2 был бы заменен диэлектриком с большей относительной диэлектрической проницаемостью (high к — технология).

2. В оптоэлектронике — разработка физических основ и создание твердотельных экранов с использованием планарной кремниевой технологии и содержащих в качестве основных элементов структуры кремний — диэлектрик.

У этих задач имеется одна общая особенность, а именно, и в том и в другом случае предполагается использование одних и тех же диэлектрических слоев и/или многослойных диэлектриков. К числу таких слоев относятся НЮ2, Zr02, А1203, а также их комбинации с полученным различными способами на поверхности кремния слоем S1O2. Кроме того, решение обеих проблем предполагает проведение в первую очередь исследования электрофизических свойств и их изменений под действием внешних воздействий новых диэлектрических слоев и их содержащих структур кремний — диэлектрик.

К числу таких воздействий следует в первую очередь отнести воздействия, характерные для процессов формирования таких структур и их рабочего режима. К таким воздействиям относятся облучение светом из области ближнего ультрафиолета (БУФ) и влияние на структуры сильного электрического поля, наличие которого в диэлектрическом слое характерно для рабочего режима, как изделий микроэлектроники, так и плоских экранов. Необходимо отметить, что в последнем случае используются периодические во времени электрические поля. Это обстоятельство выдвигает еще одну актуальную задачу — изучение процессов деградации структур кремний — диэлектрик под влиянием периодического электрического поля, т.е. при динамическом полевом воздействии.

Цель работы заключалась в изучении основных электрофизических свойств структур кремний - слои диэлектриков, включающих окислы кремния, полученные ионным синтезом по SIMOX - технологии, окислы гафния, циркония и алюминия и установлении закономерностей их изменений под влиянием внешних воздействий (электрические поля, облучение).

Реализации данной цели предполагала решение следующих задач:

1. Изучение возможности использования системы электролит-диэлектрик-полупроводник для исследования рассматриваемых структур кремний-диэлектрик. Расширение методических возможностей системы ЭДП для определения параметров рассматриваемых ДП структур.

2. Установление электрофизических свойств и исследование характера электронных процессов в структурах S1-S1O2 , полученных ионным синтезом (SIMOX - технология).

3. Изучение электрофизических свойств и характера электронных процессов в окислах гафния, циркония и алюминия на поверхности кремния.

Экспериментальные исследования проводились в системе электролит — диэлектрик — полупроводник (ЭДП), обладающей рядом преимуществ перед системой металл — диэлектрик — полупроводник (МДП), и с успехом используемую для подобных исследований. С точки зрения задач настоящей работы, преимущества ЭДП системы заключается: a) в возможности создания управляемой инжекции электронов в диэлектрические слои с их последующем разогревом в широкой области электрических полей (вплоть до 20 МВ/см), что является необходимым условием для изучения процессов полевой деградации; b) в спектральной прозрачности полевого электрода вплоть до hv ~ 6 эВ, что позволяет не только исследовать влияние БУФ — облучения на электрофизические свойства структур кремний — диэлектрик, но и эффективно использовать метод электролюминесценции для изучения электронных процессов, протекающих в диэлектрических слоях в сильных электрических полях. с) возможности контролируемого стравливания диэлектрического слоя в сочетании с измерением высокочастотных вольт — фарадных характеристик (ВФХ), что позволяет получать пространственное распределение зарядов в диэлектрическом слое и отслеживать их изменения в процессе деградации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Детально изучены зарядовые свойства SIMOX структур, впервые определены пространственная и энергетическая локализации электрически активных центров (ЭАЦ), ответственных за положительный заряд в окисном слое и перезаряжающихся под воздействием электрического поля и облучения ультрафиолетовым излучением.

2. Предложена модель образования ЭАЦ в объеме окисного слоя в процессе создания SIMOX структур Si-Si02

3. Изучены электрофизические свойства структур кремний-диэлектрик, полученных путем низкотемпературного нанесения окисных слоев с высокой диэлектрической проницаемостью (~10-20) на монокристаллическую поверхность кремния. Исследовано изменение зарядового состояния структур кремний-диэлектрик в процессе полевого воздействия и облучения ближним ультрафиолетом.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Предложен способ оценки энергетической диаграммы ДП структуры на основе электрофизических измерений в ЭДП - системе.

2. Предложен способ стабилизации зарядового состояния SIMOX структур и структур Si-НЮг путем облучения светом из области ближнего ультрафиолета.

3. Предложен способ повышения полевой стабильности структур Si-Hf02 путем предварительного их облучения светом из области ближнего ультрафиолета.

4. Показана возможность существенного уменьшения концентрации ЭАЦ в окисном слое SIMOX структур при их формировании с использованием экранирующего оксида.

5. Показаны существенные различия деградационных процессов, протекающих при динамических и статических полевых воздействиях, создающих одинаковые средние напряженности электрического поля в диэлектрике, на структуры кремний-окисный слой.

На защиту выносятся:

1. Метод построения энергетических диаграмм структур кремний -диэлектрик, основанный на определении методом полевых циклов в системе электролит - диэлектрик - полупроводник величин напряженности электрического поля в диэлектрическом слое, соответствующих началам процессов электронной инжекции в диэлектрик и развитию в нем процессов ударной ионизации.

2. Характеристики электрически активных центров (ЭАЦ) (плотность заряженных и перезаряжающихся центров, их энергетическое и пространственное положение), образующихся в окисных слоях на кремнии, полученных ионным синтезом по SIMOX - технологии.

3. Модель образования и механизмы перезарядки ЭАЦ в структурах Si-SiCb, полученных по SIMOX - технологии.

4. Основные закономерности изменения зарядового состояния структур кремний-диэлектрик (НЮ2, Z1O2, AI2O3) в результате полевых воздействий и облучения светом из области ближнего ультрафиолета.

Основные результаты работы докладывались на Итоговом семинаре по физике и астрономии для молодых ученых (Санкт-Петербург, 2002 г.), на IX Международной конференции «Физика диэлектриков» (Санкт-Петербург, 2000 г.), на X Международной конференции «Физика диэлектриков» (Санкт-Петербург, 2004 г.).

Основные результаты работы опубликованы в виде статей и тезисов докладов на конференциях в восьми печатных работах.

Основные экспериментальные и теоретические результаты диссертационной работы получены автором. В ряде коллективных работ автору принадлежат изложенные в диссертации защищаемые положения и основные выводы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и списка цитируемой литературы. Диссертация содержит 164 стр., включая 70 рисунков и 132 наименований библиографических ссылок.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен новый способ оценки энергетической диаграммы структуры кремний-диэлектрик на основании зависимости потенциала плоских зон от величины средней напряженности электрического поля в диэлектрическом слое, получаемой путем реализации метода полевых циклов в системе ЭДП. Для получения дополнительных сведений о механизмах полевой деградации структур кремний-диэлектрик предложено использование динамического полевого воздействия.

2. Изучены электрофизические свойства SIMOX структур непосредственно после их формирования. Показано, что структуры характеризовались наличием только положительного заряда в объеме

11 "7 окисного слоя, величина которого не превышала 6 10 см" и была минимальной в случае использования подложек п-типа. Плотность поверхностных состояний вблизи середины запрещенной зоны кремния не превышала 5 10й см^эВ"1 и была минимальной для подложек р-типа. Установлено, что ЭАЦ, ответственные за зарядовое состояние структур, локализованы в узкой области окисного слоя на расстоянии ~ 65 нм от поверхности кремния.

3. Изучено влияние БУФ-облучения (< 6 эВ) на зарядовые свойства SIMOX структур. Установлено, что изменение зарядового состояния SIMOX структур при БУФ-облучении зависит от напряженности поля в окисном слое, создаваемой внешним приложенным напряжением. Облучение без приложенного напряжения приводило к существенному уменьшению величины положительного заряда до ~ 5 10ю см"2 при сохранении положения его центроида. БУФ-облучение при анодной поляризации структур («+» на кремнии), создающей в окисном слое электрические поля с напряженностью не превышающей 0,2 МВ/см, не приводило к заметному изменению величины положительного заряда. БУФ-облучение при наличии в окисном слое электрического поля с напряженностью 1 МВ/см приводило к образованию значительного положительного заряда, центроид которого также составлял 65 ± 5 нм.

4. С использованием метода полевых циклов в системе ЭДП изучена полевая стабильность SIMOX структур. Установлено, что структуры обладали полевой стабильностью (не изменяли своего зарядового состояния) в области полей, не превышающих 2,5 МВ/см. Дальнейшее увеличение напряженности поля приводило к образованию значительного (до 5 10 см" ) положительного заряда с центроидом 65 ± 5 нм. Данный процесс связывался с перезарядкой биографических ЭАЦ, которая осуществлялась путем туннелирования электронов с энергетического уровня, соответствующего ЭАЦ, в зону проводимости окисного слоя.

5. Предложены механизмы перезарядки ЭАЦ, ответственных за зарядовое состояние SIMOX структур, под действием БУФ-облучения и совместным воздействием электрического поля и БУФ-облучения и показано, что биографические нейтральные ЭАЦ энергетически расположены на 2,4-3,0 эВ ниже дна зоны проводимости окисного слоя.

6. Предложена модель образования ЭАЦ в процессе формирования SIMOX структур. В рамках данной модели образование электрически активных центров с узкой областью локализации на значительном расстоянии (65 нм) от поверхности кремния связывается с формированием области обогащенной кремнием. В этой нестехиометрической области окисного слоя в процессе синтеза SIMOX структур велика вероятность формирования кремниевых нанокластеров. С учетом определенного энергетического положения, образование ЭАЦ связывалось с образованием трехкоординированных атомов кремния (Si3=Sie, Si20=Sie, 02Si=Si*), локализованных на границе кремниевый нанокластер - окисный слой в нейтральном и положительно заряженном состоянии.

7. Показана возможность значительного уменьшения концентрации как биографических ЭАЦ, ответственных за зарядовое состояние SIMOX структур, так и центров люминесценции (силиленовых центров) в объеме окисного слоя путем использования маскирующего окисла на стадии их формирования. Существенные изменения концентрации образующихся дефектов наблюдались уже при наличии окисной пленки толщиной < 50 нм. Полученные результаты связывались с уменьшением суммарного импульса внедренных в кремний ионов кислорода. В результате значительно снижалась вероятность образования пространственно локализованной области SiOx (х<2) и, следовательно, создавалась существенно меньшая концентрация дефектов типа двухкоординированных и трехкоординированных по кислороду атомов кремния.

8. Показано, что структуры Si-Hkl непосредственно после их формирования характеризовались наличием положительного, вблизи границы кремний-диэлектрик и отрицательного зарядов во внешней части

1 1 *У 110 окисных слоев (-15 нм): для Si-Hf02 (~3х10 см" и -3x10 см" ), для Si

11 "У О

Zr02 (-7x10 см и 3x10 см"). Структуры Si-Al203 характеризовались наличием положительного заряда вблизи поверхности кремния, величина которого зависела от способа формирования слоя А1203 и составляла для

12 2 структур, сформированных магнетронным распылением, - 1,7x10 см' , а для

11 9 структур, сформированным по технологии ALD, - 3x10 см' . Плотность поверхностных состояний на границе кремний-диэлектрик описывалась U-образной зависимостью от поверхностного потенциала и не превышала 10п см"2 эВ*1 вблизи середины запрещенной зоны кремния.

9. Из значений емкости структур Si-Hkl в состоянии обогащения были определены значения относительной диэлектрической проницаемости для исследуемых диэлектриков: для слоев НЮ2 с = 9,3±0,2; для слоев А1203 (для обоих способов формирования) е = 5,3±0,3; для слоев Zr02 в случае толщины окисного слоя 100 нм в = 9,7±0,2, а для 50 нм - 6,8 ±0,2.

10. С помощью метода полевых циклов в системе ЭДП изучена полевая стабильность структур Si-Hkl. В случае структур, полученных магнетронным распылением, полевое воздействие приводило к образованию в окисных слоях в области границы кремний-диэлектрик положительного заряда, величина которого значительно возрастала при увеличении напряженности поля в окисном слое вплоть до пробоя исследуемых структур. В случае ALD структур Si-Al2C>3 наблюдалась полевая стабильность зарядового состояния вплоть до 2 МВ/см. Дальнейшее увеличение напряженности поля и в этом случае приводило к формированию положительного заряда, величина которого возрастала с увеличением температуры синтеза структур.

11. Изучено влияние БУФ-облучения (< 6 эВ) на зарядовые свойства структур Si-Hkl. В случае структур Si-Zr02 БУФ-облучение приводило к

11 2 незначительному (<10 см) уменьшению положительного заряда, локализованного в окисном слое вблизи границы с кремнием. БУФ-облучение структур Si-Zr02 после полевого воздействия приводило к практически полной нейтрализации образующегося положительного заряда за счет фотоинжекции электронов из кремния. В случае структур Si-Hf02 и Si-Al203 БУФ-облучение приводило к увеличению эффективного положительного заряда в окисном слое. БУФ-облучение структур Si-HfD2 после полевого воздействия приводило к еще большему увеличению положительного заряда в окисном слое и практически полной стабилизации зарядового состояния исследуемых структур при дальнейших полевых воздействиях.

12. На основании предложенного в работе метода определения энергетических диаграмм структур кремний-диэлектрик были получены значения потенциальных барьеров для электронов на границе кремний-диэлектрик, которые составили для Si-Zr02 - 2,1 эВ, для Si-Hf02 - 1,7 эВ и для Si-Al203 - 1,7 эВ, и значения ширин запрещенных зон для НЮ2 -Eg=(5,6±0,2) эВ, для Zr02 - Eg=(5,9±0,2) .

13. Сделаны предположения относительно природы ЭАЦ в слоях НЮ2, А12Оз и Zr02 на кремнии, причем реакция структур на БУФ-облучение свидетельствует о существенных различиях в свойствах ЭАЦ в этих слоях. Отрицательное заряжение в структурах Si-Hkl связывается (по аналогии с окисными слоями кремния) с существованием гидроксильных групп во внешней области Hkl. Процессы образования положительного заряда вблизи границы кремний-диэлектрик, полностью определяются строением области межфазовой границы кремний-диэлектрик. Выявлено существование дырочных ловушек двух типов: ловушек, локализованных в переходном слое SiOx и обладающих свойствами, близкими к свойствам дырочных ловушек в термически окисленном кремнии; ловушек, локализованных на межфазовой границе переходной слой - Hkl. Максимальная суммарная концентрация л дырочных ловушек не превышала 10 см" . Блокировка фотоинжекционного тока в структурах Si-Hf02 и Si-АЬОз свидетельствовала об особенностях строения в них переходной области кремний-диэлектрик, связанных, по-видимому, с наличием мощного дипольного слоя.

14. На основании проведенных исследований можно считать, что наиболее перспективным диэлектриком, способным заменить слои Si02 толщиной менее 15 нм, являются слои НЮ2, особенно если учесть возможность стабилизации зарядового состояния структур Si-Hf02 путем их предварительного БУФ-облучения. Физическая толщина слоя НЮ2 составит при этом ~40 нм.

15. Изучено влияние динамического полевого воздействия, реализующего частотную модуляцию напряженности электрического поля, на зарядовые свойства структур кремний-диэлектрик. В случае структур Si-Si02 показано, что изменение зарядового состояния при динамическом полевом воздействии существенно зависит от частоты модуляции напряженности электрического поля, величины напряженности электрического поля и толщины окисного слоя. При этом существуют частоты динамического полевого воздействия, приводящие к значительному усилению механизмов полевой деградации структур Si-Si02.

16. Показано, что динамическое полевое воздействие приводит к значительному увеличению положительного заряда, образующегося в окисном слое в результате полевой деградации структур Si-ZrC>2. При этом наблюдаемое увеличение заряда при полевом воздействии связано с усилением действующих механизмов образования положительного заряда при частотной модуляции напряженности электрического поля в процессе полевого воздействия.

1. 1.ternational Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Semiconductor Industry Association. 181 Metro Drive, Suite 450, San Jose, CA, 95510, http://public.itrs.net, 2002 updated edition.

2. S. Thompson, P. Packan, and M. Bohr, "MOS Scaling: Transistor Challenges for the 21st Century," Intel Tech. J. 1, Third Quarter, 1998; www.Intel.com/technology/itj/q31998/pdf/trans.pdf.

3. V. Misra, G. Heuss, and H. Zhong, "Advanced Metal Electrodes for High-K Dielectrics," Proceedings of the MRS Workshop, New Orleans, June 1-2, 2000, p. 5.

4. G. D. Wilk, R. M. Wallace, and J. M. Anthony, "High-k Gate Dielectrics: Current Status and Materials Properties Considerations," Appl. Phys. Rev. 89, 5243 (2001).

5. С. М. Osburn, I. De, К. F. Yee, and A. Srivastava, "Design and Integration Considerations for End-of-the-Roadmap Ultrashallow Junctions," J. Vac. Sci. Technol. В 18, 338-345 (2000).

6. J. Robertson, "Band Offsets of Wide-Band-Gap Oxides and Implications for Future Electronic Devices," J. Vac. Sci. Technol. В 18, 1785-1791 (2000).

7. J.H. Stathis and D.J. DiMaria. "Reliability projection for ultra-thin oxides at low voltage". In Digest of IEEE International Electron Device Meeting, pages 167— 170, San Francisco, 1998.

8. A. I. Kingon, J.-P. Maria, and S. K. Streiffer, "Alternative Dielectrics to Silicon Dioxide for Memory and Logic Devices," Nature 406, 1032 (2000).

9. A. Chin, С. C. Liao, С. H. Eu, W. J. Chen, and C. Tsai, "Device and Reliability of High-K A1203 Gate Dielectric with Good Mobility and Low Dsub.it[/sub]," Symposium on VLSI Technology, Digest of Technical Papers, 1999, pp. 135-136.

10. H. Bender, Т. Conard, Н. Nohira, et al. "Physical characterisation of high-k gate stacks deposited on HF-last surfaces". In Proceedings of International Workshop on Gate Insulator (IWGI), pages 86-92, Tokyo, Japan, 2001.

11. H. Iwai, S. Ohmi, S. Akama, et al. "Advanced Gate Dielectric Materials for Sub-100 nm CMOS". In Digest of IEEE International Electron Device Meeting, pages 625-628, San Francisco, 2002.

12. Ph. Roussel, R. Degraeve, A. Kerber, et al. "Accurate Reliability Evaluation of Non-Uniform Ultrathin Oxynitride and High-k Layers". In Proceedings of the Int. Rel. Physics Symp., pages 29-33, Dallas, 2003.

13. S. A. Campbell, R. Smith, N. Hoilien, B. He, and W. L. Gladfelter, "Group IVB Metal Oxides: Ti02, Zr02, and Hf02 as High Permittivity Gate Insulators," Proceedings of the MRS Workshop, New Orleans, June 1-2, 2000, p. 9.

14. Y. Ohshita, A. Ogura, A. Hoshino, S. Hiiro, H. Machida, Hf02 growth by low-pressure chemical vapor deposition using the Hf(N(C2H5)2)4/02 gas system, Journal of Crystal Growth, 233, pp.292-7, 2001

15. J.Aarik, A. Aidla, H. Mandar, T. Uustare, K. Kukli, M. Schuisky, Phase transformations in hafnium dioxide thin films grown by atomic layer deposition at high temperatures, Applied Surface Science, 173, pp. 15-21, 2001

16. M. Balog, M.Schieber, M.Michman, S.Patai Chemical vapor deposition and characterization of Hf02 films from organo-hafnium compounds. Thin Solid Films, 41, pp.247-59,1977

17. G.D. Wilk, R.M. Wallace, J.M. Anthony High- kappa gate dielectrics: Current status and materials properties considerations. J. of Appl. Phys., 89, pp.5243-75, 2001

18. Zhang J C, Hao Y and Zhu Z W 2001 Acta Phys. Sin. 50 1586 (in Chinese)

19. Wang S W, Lu W, Wang H, Wang D, Wang M and Shen X С 2001 Acta Phys. Sin. 50 2465 (in Chinese)

20. Cheng S H, Ning Z Y, Kang J, Ma С L and Ye С 2000 Acta Phys. Sin. 49 2041 (in Chinese).

21. R.Thielsch, A.Gatto, J.Heber, N.Kaiser, A comparative study of the optical and structural properties of Si02, A1203 and Hf02 single layers deposited, Thin solids Films, 410, pp.86-93, 2002 .

22. M.L. Green, M.-Y. Ho, B. Busch, et al. "Nucleation and growth of atomic layer deposited НЮ2 gate dielectric layers on chemical oxide (Si-O-H) and thermal oxide (Si02 and Si-O-N) underlayers". J. Appl. Phys., Vol. 92, No. 12, pp.71687174, 2002.

23. A.L.P. Rotondaro, M.R. Visokay, J.J. Chambers, et al. "Advanced CMOSTransistors with a Novel HfSiON Gate Dielectric". In Digest of IEEE VLSI Technology Symposium, pages 148-149, Honolulu, 2002.

24. S. Guha, E. Cartier, M.A.Gribelyuk, et al. "Atomic beam deposition of lanthanum- and yttrium-based oxide thin films for gate dielectrics". Appl. Phys. Lett., Vol. 77, No. 17, pp. 2710-2712, 2000.

25. Алесковский В.Б. Стехиометрия и синтез твердых соединений. 1976. JL, Наука, 142 с.

26. Алесковский В.Б. Химия твердых веществ. М., Высшая школа, 1978, 256 с.

27. Aleskovski V.B., Baraban А.Р., Drozd V.E., Nikiforova I.O. Synthesis and investigation of heterooxides by ML-ALE method. Applied Surface Science. 1997, v.112, p.264-268.

28. Малыгин A.A., Кольцов С.И. О некоторых закономерностях синтеза двухкомпонентных оксидных слоев методом МН. Направленный синтез твердых веществ. 1983, JL, вып.1, с.17-50.

29. D. Riihela, М. Ritala, R. Matero, and М. Leskela. "Introducing atomic layer epitaxy for the deposition of optical thin films". Thin Solid Films, Vol. 289, pp. 250-255, 1996.

30. S. J. Lee, H. F. Luan, С. H. Lee, T. S. Jeon, W. P. Bai, Y. Senaki, D. Roberts, and D. L. Kwong, "High Quality Ultra Thin CVD Hf02 Gate Stack with Poly-Si Gate Electrode," IEDM Tech. Digest, pp. 31-34 (2000).

31. J.H. Lee, К. Koh, N.I. Lee, et al. "Efect of Polysilicon Gate on the Flatband Voltage Shift and Mobility Degradation for ALD-AI203 Gate Dielectric". In Digest of IEEE International Electron Device Meeting, pages 645-648, San Francisco, 2000.

32. L. Kang, K. Onishi, Y. Jeon, et al. "MOSFET devices with polysilicon on single-layer НЮ2 high-K dielectrics". In Digest of IEEE International Electron Device Meeting, pages 35-38, San Francisco, 2000.55-1961, 2002.

33. A. Kerber, E. Cartier, R. Degraeve, et al. "Strong Correlation between Dielectric Reliability and Charge Trapping in Si02 / A1203 Gate Stacks with TiN Electrodes". In Digest of IEEE VLSI Technology Symposium, pages 76-77, Honolulu, 2002.

34. A. Kerber, E. Cartier, R. Degraeve, et al. "Charge Trapping and Dielectric Reliability in Si02 / A1203 Gate Stacks with TiN Electrodes". IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. 50, No. 5, pp. 1261-1269, 2003.

35. Y. Momiyama, H. Minakata, and T. Sugii, "Ultra-Thin Ta205-Si02 Gate Insulator with TiN Gate Technology for 0.1 mu.m MOSFETs," Symposium on VLSI Technology, Digest of Technical Papers, 1997, p. 135.

36. L. K. Kang, Y. Jeon, K. Onishi, В. H. Lee, W.-J. Qi, R. Nieh, S. Gopalan, and J. C. Lee, "Single-Layer Thin Hf02 Gate Dielectric with n+ Polysilicon Gate," Symposium on VLSI Technology, Digest of Technical Papers, 2000, p. 44.

37. K. J. Hubbard and D. G. Schlom, "Thermodynamic Stability of Binary Oxides in Contact with Silicon," J. Mater. Res. 11, 2757 (1996).

38. D.J. DiMaria. "Dependence on gate work function of oxide charging, defect generation, and hole currents in metal-oxide-semiconductor structures". J. Appl. Phys., Vol. 81, No. 7, pp. 3220-3226, 1997.

39. T. Yamaguchi, H. Satake, N. Fukushima, and A. Toriumi, "Band Diagram and Carrier Conduction Mechanism in Zr02/Zr-Silicate/Si MIS Structure Fabricated by Pulsed-Laser-Ablation Deposition," IEDM Tech. Digest, pp. 19-22 (2000).

40. G. D. Wilk and R. M. Wallace, "Electrical Properties of Hafnium Silicate Gate Dielectrics Deposited Directly on Silicon," Appl. Phys. Lett. 74, 2854 (1998).

41. К. K. Ng and W. T. Lynch, "Analysis of Gate-Voltage Dependent Series Resistance of MOSFETs," IEEE Trans. Electron Devices ED-33, 965-972 (1986).

42. J.R. Hauser and K. Ahmed. "Characterization of Ultra-Thin Oxides UsingElectrical C-V and I-V Measurements". AIP Conf. Proc. 449, Vol. 34, No. 10, pp. 235-239, 1998.

43. Afanas'ev V.V., Stesmans A. Electron energy barriers between (100) Si and ultrathin stacks of Si02, А120з and Zr02 insulators. Appllied Phys.Letters, 2001, v.78, N20, p.3073-3075.

44. V. V. Afanas'ev, A. Stesmans, F. Chen, X. Shi, and S. A. Campbell Internal photoemission of electrons and holes from (100) Si into НЮ2. Appl. Phys. Lett., Vol. 81, No. 6, p.1053-1055.

45. V. V. Afanas'ev, M.Houssa, A. Stesmans,G.J.Adriaenssens, M.M.Heyns Energy barriers between (100) Si and А12Оз and Zr02-based dielectric stacks:internal electron photoemission measurements. Microelectronic Engineering. 2001, v.59, p.335-339.

46. M. Houssa, M.Tuominen, M.Naili, V.Afanas'ev, A.Stesmans, S. Haukka, and M.M. Heyns. "Trap-assisted tunneling in high permittivity gate dielectric stacks". J. Appl. Phys., Vol. 87, No. 12, pp. 8615-8620, 2000.

47. W.J. Zhu, T.P. Ma, T. Tamagawa, J. Kim, and Y. Di. "Current Transport in Metal / Hafnium Oxide / Silicon Structure". IEEE Electron Device Letters, Vol. 23, No. 2, pp. 97-99,2002.

48. L. Pantisano, E. Cartier, A. Kerber, et al. "Dynamics of Threshold Voltage Instability in Stacked High-K Dielectrics: Role of the Interfacial Oxide". In Digest of IEEE VLSI Technology Symposium, pages 163-164, Kyoto, Japan, 2003.

49. L. Pantisano, E. Cartier, A. Kerber, R. Degraeve, M. Lorenzini, M. Rosmeulen, G. Groeseneken, H.E. Maes, "Dynamics of Threshold Voltage Instability in Stacked High-k Dielectrics: Role of the Interfacial Oxide", VLSI Technology Symposium, Kyoto, 2003.

50. S.S. Chung, S.J. Chen, C.K. Yang, et al. "A Novel and Direct Determination of the Interface Traps in Sub-lOOnm CMOS Devices with Direct Tunneling Regime (12 16 A) Gate Oxide". In Digest of IEEE VLSI Technology Symposium, pages 74-75, Hawaii, 2002.

51. R.J. Carter, E. Cartier, A. Kerber, et al. "Passivation and interface state density of Si02 / Hf02-based / polycrystalline-Si gate stacks". Applied Physics Letters, Vol. 83, No. 3, pp. 533-535, 2003.

52. P. J. Chen, L. Pantisano, A. Kerber, L.°A. Ragnarsson, E. Cartier, "Interface State Passivation in Conventional Si02 / НГО2 p-channel FETs", INFOS, Barcelona, 2003. evices, Vol. 50, No. 5, pp. 1261 1269, 2003.

53. R.J. Carter, E. Cartier, A. Kerber, L. Pantisano, T. Schram, "Passivation and Interface State Density of High-K Gate Stacks", Applied Physics Letters, Vol. 83, No. 3,pp. 533 -535,2003.

54. D. Buchanan, E.P. Gusev, E. Cartier, et al. "80 nm polysilicon gated n-FETs with ultra-thin А120з gate dielectric for ULSI applications". In Digest of IEEE International Electron Device Meeting, pages 223-226, San Francisco, 2000.

55. A.Kerber Methodology for Electrical Characterization of MOS Devices with Alternative Gate Dielectrics

56. G.S. Lujan, T. Schram, L. Pantisano, et al. "Impact of ALCVD and PVD Titanium Nitride Deposition on Metal Gate Capacitors". In Proceedings of the 32nd ESSDERC, pages 583-586, Firenze, Italy, 2002.

57. A. Kerber, Е. Cartier, L. Pantisano, et al. "Charge Trapping in Si02 / НГО2 gate dielectrics: Comparison between Charge Pumping and Pulsed ID-VG". In Proceedings of Insulating Films on Semiconductors, pages WS1-5, Barcelona, Spain, 2003.

58. E. Cartier, L. Pantisano, A. Kerber, and G. Groeseneken. "Correlation between Charge Injection and Trapping in Si02 / НЮ2 Gate Stacks". In Proceedings of Insulating Films on Semiconductors, page GS15, Barcelona, Spain, 2003.

59. Y.H. Kim, K. Onishi, C.S. Kang, et al. "Polarity dependence of the reliability characteristics of НЮ2 with poly-Si gate electrode". In Digest of IEEE Device Research Conference, pages 57-58, Salt Lake City, 2003.

60. R. Degraeve, A. Kerber, Ph. Roussel, et al. "Effect of bulk trap density on НЮ2 reliability and yield". In Digest of IEEE International Electron Device Meeting, San Francisco, 2003.

61. A. Kerber, Е. Cartier, L. Pantisano, R. Degraeve, G. Groeseneken, H.E. Maes, U. Schwalke, "Charge Trapping in Si02 / НГО2 Gate Dielectrics: Comparison between Charge Pumping and Pulsed ID-VG", INFOS, Barcelona, 2003.

62. E. Cartier, L. Pantisano, A. Kerber, G. Groeseneken, "Correlation between Charge Injection and Trapping in Si02 / НЮ2 Gate Stacks", INFOS, Barcelona, 2003.

63. A. Kerber, E. Cartier, G. Groeseneken, H.E. Maes, U. Schwalke, "Stress Induced Charge Trapping Eects in Si02 / A1203 Gate Stacks with TiN Electrodes", Journal of Applied Physics, Vol. 94, No. 10, pp. 6627 6630, 2003.

64. В. H. Lee, L. Kang, R. Nieh, W.-J. Qi, and J. C. Lee, "Thermal Stability and Electrical Characteristics of Ultrathin Hafnium Oxide Gate Dielectric Reoxidized with Rapid Thermal Annealing," Appl. Phys. Lett. 76, 1926 (2000).

65. H. Momose, M. Ono, T. Yoshitomi, T. Ohguro, S.-I. Nakamure, M. Sitor, and H. Iwai, "Tunneling Gate Oxide Approach to Ultra-High Current Drive in Small-Geometry MOSFETs," IEDM Tech. Digest, pp. 593-596 (1994).

66. M. S. Krishnan, L. Chang, T.-J. King, J. Bokor, and C. Hu, "MOSFETs with 9 to 13 Angstrom. Thick Gate Oxides," IEDM Tech. Digest, pp. 241-244 (1999).

67. W.-J. Qi, R. Nieh, В. H. Lee, L. Kang, Y. Jeon, K. Onishi, T. Nagi, S. Banerjee, and J. C. Lee, "MOSCAP and MOSFET Characteristics Using Zr02 Gate Dielectric Deposited Directly on Si," IEDM Tech. Digest, p. 145 (1999).

68. А.П.Барабан, В.В.Булавинов, П.П.Коноров. Электроника слоев Si02 на кремнии. Изд.ЛГУ, Л. (1988). 304с.

69. Adamchuk V.K., Afanas'ev V.V. Internal photoemission spectroscopy of semiconductor-insulator interfaces. Progress in Surface Science, 1992, v.41, N2, pp. 109-211.

70. M. Lenzinger and E.H. Snow. "Fowler-Nordheim Tunneling into thermally grown Si02". J. Appl. Phys., Vol. 40, No. 1, pp. 278-283, 1969.

71. П.П.Коноров Электрохимические свойства систем электролит-диэлектрик-полупроводник. Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. 1982, вып.2, с.81-92.

72. L.M.Termann An Investigation of Surface States at a Silicon/Silicon Dioxide Interface Employing Metal-Oxide-Silicon Diodes, Solid State Electron. 1962,v.5,p.285

73. А.П.Барабан, В.В.Булавинов, А.Г.Трошихин Исследование изменений зарядового состояния структур Si-Si02 методом полевых циклов в системе с электролитическим контактом. Письма ЖТФ, 1993, т.19, в. 18, с.27-30.

74. А.П.Барабан, В.В.Булавинов, М.О.Рыбаков О механизмах диссипации энергии разогретых электронов в слоях двуокиси кремния. Изв.ВУЗов, физ. 1991, т.34,№1,с.3 6-40.

75. А.П.Барабан Дырочные ловушки в структурах Si-Si02 . Неравновесные электронные процессы (Вопросы электроники твердого тела №9). 1985, JL, изд.ЛГУ, с. 147-177.

76. А.П.Барабан, В.В.Булавинов Локализация дырочных ловушек в структурах

77. Si-Si02. Журн.техн.физ. 1984, т.54, №12, с.2371-2375.

78. В.А.Гриценко Строение и электронная структура аморфных диэлектриков в кремниевых МДП структурах. 1993, ВО «Наука», 280с.

79. Skuja L.N., Strelttsky A.N., Pakovich А.В. A new intrinsic defect in amorphous Si02. Solid State Commun. 1984. V.50. N12. P. 1069- 1072.

80. В.С.Вавилов, В.Ф,Киселев, Б.Н.Мукашев Денфекты в кремнии и на его поверхности. 1990, М., Наука, 212 с.

81. Garrido В.,Lopez М.,Gonzales О. et.al. Correlation between structural and optical properties of Si nanocrystals embedded in Si02: The mechanism of visible light emission, Appl.Phys.Let., 2000, v.77, N20, p. 1-3.

82. Gwin C. W. A model for radiation induced charge trapping and annealing in the oxide layer of MOS devices //J. Appl. Phys. 1969. Vol. 40, № 12

83. Риссел X., Руге И. Ионная имплантация. M., Наука, 1983, 360 с.

84. V. V. Afanas'eva) and A. Stesmans Stable trapping of electrons and holes in deposited insulating oxides: A1203, Zr02 , and Hf02. J.Appl.Phys., 2004, v. 95,1. N. 51 ,p.2518-2526.

85. A.Y. Kang, P.M. Lenahan, J.F. Conley, Jr., and R. Solanki, Appl. Phys. Lett, to be published Aug. 2002

86. G.D. Wilk, R.M. Wallace, J.M. Anthony High- kappa gate dielectrics: Current status and materials properties considerations. J. of Appl. Phys., 89, pp.5243-75, 2001

87. A.I. Kingon, J.P. Maria, S.K. Streier, Alternative dielectrics to silicon dioxide for memory and logic devices. Nature, 406, pp. 1032-3 8, 2000

88. С.И.Кольцов Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук. 1971, Л.

89. И.О.Никифорова Формирование и исследование зарядовых свойств МДП структур на основе оксида алюминия. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. 1998, Санкт-Петербург.

90. М. Watanabe and A. Tooi, Jpn. J. Appl. Phys. 5, 737 (1966).

91. K. Izumi, M. Doken, and H. Arivoshi, Electronics Lett. 14, 593 (1978).

92. R. C. Jaegar, Introduction to Microelectronic Fabrication, 2nd ed. (Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2002), p. 51.

93. G. K. Celler, P. L. F. Hemment, K. W. West, and J. M. Gibson, Appl. Phys. Lett. 48, 532(1986).

94. P. -H. Chang and B. -Y. Mao, Appl. Phys. Lett. 50, 152 (1987).

95. P. L. F. Hemment, E. Maydell-Ondrusz, K. G. Stephens, J. Butcher, D. Ioannou, J. Alderman, Nucl. Instrum. And Methods 209/210, 157 (1983).

96. T. Hayashi, S. Maeyama and S. Yoshi, Jpn. J. Appl. Phys. 19, 1111 (1980).

97. Т. Hayashi, Н. Okamoto and Y. Homma, Jpn. J. Appl. Phys. 19, 1005 (1980).

98. O. W. Holland, T. P. Sjoreen, D. Fathy, and J. Narayan, Appl. Phys. Lett. 45, 1081 (1984).

99. J. F. Ziegler, Ion Implantation Science and Technology, (Ion Implantation Technology Co., Edgewater, MD, 2000), pp. 47-61, 335-337, 342-372.

100. IBIS website, http://www.ibis.com, 12/31/02.

101. J. P. Colinge, Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI, 2nd ed. (Kluwer Academic, Boston, MA, 1997), pp. 1-4.

102. W. Fukarek, R. A. Yankov and W. Skorupa Comparative Study of SIMOX Structures Using Four Analytical Techniques SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS, v. 24, p.243-251 (1996)

103. T.N. Bharl, R.J. Lambert2, and H.L. Hughes CHARGE TRAPPING IN SI IMPLANTED SIMOX Proceedings 1997 IEEE International SOI Conference, Oct. 1997, p. 118-119.

104. V. V. Afanas'ev. A, G . Revesz, and H. L. Hughes, Deep and Shallow Ellectron Trapping in the Buried Oxide Layer of SIMOX Structures. J. Elec. Chem. Soc., 1994, v.141, p.2801-2804.

105. T. N. Bhar. R. J. Lambert, and H. L. Hughes Charge Trapping in Si implfnted SIMOX. Proc. 1997 IEEE International SOI Conf., p. 118. Oct. 1997.

106. A. G. Revesz and H. L. Hughes Physical and Technical Problems of SiOl Structures and Devices, Edited by J. P. Colinge, V. S . Lysenko. and A. N. Nazarov. Kluwer Academic Publishers, Boston, ( 1994).

107. А.П. Барабан, Д.В. Егоров, А.Ю. Аскннази, JI.B. Милоглядова Электролюминесценция структур SI-SIO2-SI3N4. Письма ЖТФ, 2002, т.28, вып.23, с.14-18.

108. Физико-химические свойства окислов. Справочник под ред.Г.В.Самсонова, М., Металлургиздат, 1978, 472 с.

109. Тарантов Ю.А. Электронные и ионные процессы в системе электролит-диэлектрик- полупроводник: Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.- мат. наук, Ленинград, 1985.

110. Кручинин А.А., Электролюминесценция и проводимость слоев двуокиси кремния на кремнии в сильных электрических полях: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.- мат. наук, Ленинград, 1984, 156 с.

111. Булавинов В.В., Электронные процессы в диэлектрических слоях на поверхности кремния в системе полупроводник- диэлектрик- электролит: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.- мат. наук, Ленинград, 1982.

112. Касьяненко Е.В., Электронные и ионные процессы в системе полупроводник- диэлектрик- электролит: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.- мат. наук, Ленинград, 1977.

113. Тягай В.А., Петрова Н.А. и др., Электрофизические свойства структур кремний- двуокись кремния- электролит// Полупроводниковая техника и микроэлектроника, 1972, N10, стр.80-88.

114. Goodman A.M., Photoemission of holes from silicon into silicon dioxide// Phys. Rev., 1966, v. 152, N2, pp.780-784.

115. Моррисон Г., Химическая физика поверхности твердого тела, М.: Мир, 1980, 488 с.

116. Nicollian Е.Н., Berglund C.N., Schmidt P.F., Andrews J.M. Electrochemical charding of thermal Si02 films by injected electron current. J.Appl.Phys. 1971. v.42, N13, p.5634-5664.

117. Силинь A.P., Трухин A.H. Точечные дефекты и элементарные возбуждения в кристаллическом и стеклообразном Si02 • 1985, Рига, «Зинатне», 245 с.

118. D.Herve, Ph.Paillet, J.L.Leray Space Charge Effects in SIMOX Buried Oxides IEEE Trans.Nucl.Sci. 1994, v.41, N3, p.466-472.

119. G. K. Celler, Sorin Cristoloveanu Frontiers of silicon-on insulator J.Appl.Phys., 2003, V. 93, N. 9 1, p.4955-4978.

120. H.D. Xiong, D.M. Fleetwood and J.R. Schwank Low-frequency noise and radiation response of buried oxides in SOI n-MOS transistors IEE Proc.-Circuits Devices Syst., 2004, Vol. 151, No. 2, p. 118-124.

121. J.A.Felix, J.R.Schwank, C.R.Cirba, R.D.Schrimpf, M.R.Shaneyfelt, D.M. Fleetwood, P.E.Dodd Influence of total-dose radiation on the electrical characteristics of SOI MOSFETs Microelectronic Engineering 2004 V.72, p.332-341.

122. J.R. Schwank, D.M. Fleetwood, H.D. Xiong, M.R. Shaneyfelt, B.L. Draper

123. Afanas'ev V.V., Stesmans A., Revesz A.G. Structural inhomogeneity and silicon enrichment of buried Si02 layers formed by oxygen ion implantation in silicon. J.Appl.Phys., 1997, v.82, N5, p.2184-2199.