Перенос носителей и накопление заряда в МДИ структурах с аморфными диэлектриками на основе кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

на правах рукописи

Симановнч Елгнэ Владт.гиройна

ПЕРЕНОС НОСИТЕЛЕЙ И НАКОПЛЕНИЕ ЗАРЯДА В МДГ1 СТРУКТУРАХ С АМОРФНЫМИ ДИЭЛЕКТРИКАМИ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

01.04.10 Физика ПОЛуПрОЕОДНИХОП н диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на ссшсканнс ученой степени кандидата физнко-мэтематичесхих паук

Москза - 1994г.

Рабата выполнена в Государственном Научио-h. следовательском Институте Физических Проблей имели Ф.В. Лукина

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник В.М. Масловский Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук А.П. Барабан

кандидат фганко-матсмзтических наук И.А. Игнатьев

Ведущая организация: Гос.НИИ "Субмикроп"

Зашита диссертации состоится 27 декабря 1994 г. в ^"часов на заседании Специализированного саветп К. 063.91.01 в Московском Фнэнко- Техническом Институте по агресу: 141700 Московская об л ость, г. Долгопрудный, Институтский переулок я.9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МФТИ.

Автореферат разослан Ц ноября 1994 г.

Учений секретарь

Специализированного совета К.063.91.01 кандидат физико-математических наук

НД. Коновалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время МДП структуры на основе креиння-однн из основных базовых элсме»пхш микроэлектроники. Различные по составу слон аморфных диэлеетршеоа на основе кремния, используемые в МДП приборах, могуч значительно отличаться по своим свойствам (зонная структура, подвижность н эффективная масса носителей, спектр локализованных состояний). Тек, например, в сильных электрических полях захват электронов в аморфном SiOj (:t:гке - окисел) существенно меньше, чем в аморфном нитриде кремния Si3N4 (HIC). Последнее обстоятельство используется в МНОП (металл-H К-окисел-полупроаодник (Si) ) элементах памяти (ЭП).

Разработка запоминающих устройств (ЗУ) большой емкости на основе МДП-структур - одно из важнейших направлений микроэлектроники. В этой связи ведутся интенсивные исследования электронных процессов в аморфных диэлектриках на основе кремния (шпрцд кремния (ПК), окисел кремния)для создания энергонезависимых электрически («программируемых постоянных запоминающих устройств (ЭРПЗУ). D качестве ЭП в них используются МНОП или ПНОП - (полевой электрод выполнен из поликремния) структуры.

Запись информации в таких ЭП еоответсвуст захвату заряда в пленке HÎC, который может сохраняться в течение длительного периода времени (порядка года) поел: отключения напряженно. При приложении напряжения записи электроны инжектируются через окисел о пленку H К и захватываются на локализованные состояния (ЛС) различного типа, где они могут храниться более года.

Значительный научный интерес к электронным процессам в H К связан с необходимостью создания МНОП - ЭП с большим числом циклов переключения. Ограничение числа циклов переключе л и- (5105) обусловлено деградациокными процессами в МНОП структуре. Такие деградационные процессы характерны для всех МДП структур с аморфными диэлектриками на основе кремния. Эти процессы ведут к пробою МДП структур во время воздействии сильных электрических полей, что является одним из основных факторов потери работоспособности МДП приборов.

Весьма перспективным являются ЭП на основе МОНОГ1 структур, в которых дополнительный диэлектрический слой (окисел кремния) препятствует инжекиии дырок на металла в H К, и тем значительно уменьшает

деградацию тахт структур. Эта структура представляет собой, наиболее удобный молельный объект лдя изучения транспорта зло юной в Н1С, так как он не сопровождается сложным лроцсссом рекомбинации электронов с дырками. *

■ В известных моделях накопления электронов р НК не учитывалось фундаментальное свойство аморфных диэлектриков - наличие "хвостов" плотности состояний, о представления о спектре локализованных состояний (ЛС) ноенли дискуссионный характер. Создание. адекватных теоретических представлений о спектре ЛС о НК, определяющем характеристики накопления заряда в МПОП и МОНОП структурах, а также программных средств для провеяенния численного эксперимента при проектировании ЭГ1 прелсташгястся весьма актуальным.

Другой важный аспект исследования электронных процессов & МДП структурах связан с деграяацнонными процессами. Пропускание значительной плотности заряда через диэлектрические пленки приводит к их пробою. На стабильность параметров МДП структур значительно влияют протяженные дефекты вблизи границы полупроводник - диэлектрик (микродефекты). В этой связи весьма актуальным является конкретизация влияния микродефсктоа на параметры потенциально - ненадежных МДП структур, а также разработка новых оперативных методов регистрации микродефектов. Новы/}, и весьма интересный аспект изучения леградационных процессов в МДП структурах на основе кремния связан с обнаруженным недавно слиянием импульсных магнитных полей (ИМП) на нх электрофизические параметры. Анализ механизма тахого влияния представ1лястся весьма перспективным для уточнения представлений о механизмах леградационных процессов в МДП структурах ввиду слабости энергетического воздействия ИМП.

Цель работы - установление закономерностей переноса носителей , накопления заряла в аморфных дшллсктриках МДП структур при сильных полях и влияния протяженных дефектов на эти процессы. Коякрупдое зглач.ч диссертационной работы:

1. Создание теории транспорта н накопления электронов в НК при сильных полях, учитывающей захдат электронов глубокими кулоновскимн центрами н ловушками хвоста плотности состояний, определение параметров

Л С а ПК, определяющих характеристики накопления заряда в МОНОП структура*.

2. Исследование влияния протяженных дефектов на перенос носителей в аморфных дИэле. 1риках и деградацию МДП структур. Разработка теории проводимости дефектных МДП структур с большими токами утечки.

3. Исследование влияния ИМП на электрофизические параметры, определяющие транспорт носителей в аморфном диэлектрике МДП структур.

нргчтнч работы заключается в следующем: !. Результаты '»¡елейного моделирования нзкоплешш заряда в МОНОП структура* позволили установить характер влияния спектра ЛС в НК на Переходные процессы и на основе сопоставления с экспериментальный!! характеристиками определить ряд параметров ЛС.

2. Показана эффективность использования гистограмм ЗС для определения плотности микродефектсю у границы кремниЛ-окнссл.

3. Разработана теория электронной проводимости микротрешшш в диэлектрике, обьясшнощая ВАХ дефектных МОП структур (после пробоя).

4. Впервые обнаружено ускоряющее олияние электрического поля в полупроводнике на магнитонняушреванные нзыенення параметров МДП структур.

1. Создан программный комплекс для численного моделирования характеристик накопления заряда в МОНОП структурах, уточнены значения параметров ЛС в НК.

2. Показана эффективность использования гистограмм ЗС МДП структур и бездействия ИМП для выявления микродефектов.

!. Модель накопления алектронов в МОНОП структурах, в которой

электроны захватываются е нитриде кремния как на моноэнергетнческие

кулоновские центры, так н на ловушки хвоста плотности состояний и

результаты математического моделирования, позволяющие определить к

параметры локализованных состояний. 2. Теория электронной проводимости микротрещины в диэлектрике МДП структуры, в которой используются представления о хаосте плотности

состояний в неупорядоченных двумерных системах, объясняющая В АХ дефектных МДП структур 3. Впервые обнаруженное влияние электрического поля на магннгоиндуцирсванные долговременные изменения электрофизических параметров МДП структур.

Результаты работы докладывались 11а II международном семинаре по моделированию приборов и технологий в микроэлектронике, (Новосибирск 1992 г.); международных конференциях общества по исследованию материалов MRS-92, MRS-93, (Бостон 1992 и 1993 п.); II международном семинаре в Польше "Dielectric and related phenomena" Poland 1992; ежегодном научно-техническом семинаре "Шумовые н дегралационкые процессы в полупроводниковых приборах" Москва 1993.

Птблияагша: По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.

диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы у> О страниц

машинописного текста, включая 15_рисунхов. Список литературы содержит

61 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ ГЕГ.ОТЫ

актуальность исследований, сформулированы цель, научная новизна, практическая значимость работы, а также положения, выносимые на защиту.

Первая глада представляет собой анализ теоретических и экспериментальных работ по исследованию электронных процессов в МДП структурах в сильных нолях. 0 ней рассматриваются современные представления о транспорте электронов в НК., обсуждается спектр ЛС, полученный различными экспериментальными методами. Показана необходимость разработки модели, в которой бы учитывался захват носителей как на глубокие центры захвата (ЦЗ), так и на ловушки хвоста плотности состояний. Это связано с задачей адекватного объяснения долговременных характеристик изменения напряжения плоских зон, тока во внешней цепи и пространственного распределения заряда в НК.

Следующий важный вопрос посаяикн деградации и пробою МЛН структур (МОП, МНОП и МОНОП) при имхекцни носителей. На основе анализа научных работ показана необходимость исследования «лияння микродефектов на деградашюшше процессы а структурах, приводящие к изменению зарядового состояния лефектов у границы раздела Б^БЮ^. Как известно, значительные токи утечки через диалектрнчсскне пленки (окисел кремния, ПК) в МДП структурах появляются а результате токовой деградации (пропускания через пленху значительной плотности заряда). Однако физическис представления о роля михродефектоа и природе токоз утечки не были развиты. Обзор исследований по этому вопросу показал, что к настоящему времени отсутствует ясная картина влияния протяженных дефектов на пробой тонкопленочицх структур на оеноге системы 5(-5Ю>. Не ясно, каком роль протяженных дефектов и зарядового состояния межфазной границы системы на зарядовую стабильность и проводимость МДП структур после пробоя. Поэтому, чрезвычайно ва»аш установить влияние внешних воздействий на 3С. Использование гистограмм ЗС дало бы новый инструмент для исследования генерации дефектов у границы раздела 51-5Ю2, в частности, дая установления механизма генерации встроенного в диэлектрике положительного заряда. Анализ гистограмм ЗС позволил бы существенно продвинуться в понимании роли микродефектов в денудационных процессах. С другой стороны для описания электрических свойств таких сложных объектов, как микропоры и микротрещнны необходимо привлечение понятий из области физики неупорядоченных систем. Такая попытка описания транспорта носителей в дефектных областях диэлектрика представляется весьма плодотворной. Затем рассматривается влияние внешних воздействий на характеристики МДП структур. Отмечается, что радиационные воздйсгам, а также И МП могут приводить к токам утечки в МДП структурах. Последнее обстоятельство, а именно, установленный ранее эффект магиитоиндуцированного долговременного изменения (МИДИ) как зарядового состояния границы раздела, так и проводимости диэлектрика МДП струк.ур, инициировало проведение исследования влияния ИМП на параметры этих структур. Один из важных вопросов, требующих решения, состоял и установлении того, где начинаются реакции дефектов - в объеме кремния или на границе с диэлектриком.

В конце главы сформулированы конкретные задачи исследования.

ЙКГ".3 л посвящена разработке мо-ели переходных процессов при инжекиии электронов в ШС МОЛОЛ структуры 1 последующему их математическому моделированию .

Полагается, что инжектируемые из кремння электроны захватываются как положительно заряженными моноэнсргетмчссхпмм наг грами захвата, так и нейтральными ловушкам!» хвоста плотности состояний о запрете)жс-Я зон г нитрила кремния.

Накоплена! электронов в ПК МОНОП- структуры описывается системой следующих уравнений:

- уравнения для полного тока

4п ¿>1 '

- уравнения Шокян-Рил» для перезарадки положительно зарпдшных ЦЗ

~1?Г , (2)

в котором параметр Шокли-Ридл п,(£) записан с учетом ЭПФ,

- уравнения Шокли-Рнла для перезарядки ловушек

='.И1 - /<*.«*,<»>), (3)

- уравнения Пуассона

*(Г<х) - Г.) ♦ Л,I- /,(«))«!« » <

в котором второе слагаемое учитывает -экспоненциальное распределение ловушек по энергии Ы(е) /V, ехр(-«/б, ). где: - обьемная плотность ловушек. Е - электрическое поле, меняющееся по толщине ПК, 4П -диэлектрическая проницаемость КК., J - ток проводимости; ",( £)« л,(Ф)ехр{/£/£,), я,(г) ■» /У( е/к7 ); - эффективная плотность состояний в зоне проводимости, Е, - характерное поле ЭПФ,

и у-от, где с, и а сечения захвата ловушек и ЦЗ, соответственно, V, и V - теплопм и дрейфовая скорости, соответственно, р(х,г.) - степень заполнения ловушек. До инжехцин электронов неходкая степей ь заполнения лону тек

описывается распределением Ферми-Дирака /„(е) - (схр((л', ~г:)/кТ) + [) , глс с.( - ур"пеиь Ферми, который находится из исходного заполнения Ш К,=11/1*, и -напряжение па ирухтуре, г £„/«"„ ¿1

дЕ <Ыд

дх Е.

(4)

*

приведенная толщина многослойного дизлектриха, где / - толщина ПК, </ и га, - толщины (окисла кремния и диэлектрического слоя под

ценимом, и их диэлектрические проницаемости, соответственно; Ф -энергетическое и.южеиие ЦЗ, а Га - их начальное заполнение, которые являются параметрами модели.

Граничные условия задаются амплитудой приложенного к МОНОП-структуре прямоугольного импульса напряжения

и - } Е(х, ОЛ* + £(0,0 — </„ + £(/,/) — а,

О еС ъ

а также зависимостью величины тока мнжекцин, представляющего собой туннельный ток Фаулера-Нордгейыа Jl = Лехр(и '/£"(0,/)), (где А»Ю8 А/с и2 -предэкспонентп тунельного тока, а* -характерное поле туннельного тока) ог поля Е(0,«) на инжектирующем контакте. Начальное условие Е(х,0)=Е, и/1*.

Система нелинейных уравнений в частных производных (1-4) сводится к ннтегро-дифференцналыюму уравнению 2-го порядка, которое не допускает аналитического решения. Полная картина переходного процесса после Приложения к МО НО П-структуре напряжения Получена решением этой системы численными методами. Для каждого момента времени решается краевая задача по определению распределения электрического поля а НК сеточным методом, исходя из полученного решения находятся краевые условия для следующего момента времени.

Для определения влияния различных параметров системы на характеристики накопления информационного заряда в МОНОП структурах был проведен ряд численных экспериментов. А именно, было изучено поведение системы при больших временах накопления, была изучена роль ЛС и их вклад в характеристики переходных процессов.

Для ряда параметров использовались значения, блин че к теоретическим: а* » 117 МВ /см; А=Э 108 см-1 V => 104е .•»'г. Именно такие значения параметров обеспечили наилучшее согласование с семейством экспериментальных зависимостей характеристик накошкния заряда при различных напряжениях записи заряда в ЭГ1. Расчеты выполнялись при темпера гуре 300 К для МОНОП-структур с талщншмн окислов 5 им.

Дти исследования влияния ловушек проведено моделирование процесса накопления с различным числом уровней ловушек, отстоящих друг от Друга на

величину менее нлн равную кТ. Влияние ловушек проявляется при хараетернык временах генерации электронов с ловушек г, - })"'.

Рас. 1. Переходные характеристики накопления заряда « МОНОП-структурах при ¡0 уровнях ловушек, и~28 В, 1=41 ни. а) Характеристики накотения. I - 2 • 1(0, 3 1 . 6) Эволюция энергетического распределения степчк,. Заполнения ловушек.

При этих гременах наблюдается особенность на временной зависимости полного тока, заключающаяся D больших значениях тока, чем при отсутствии ловушек. Chía проявляется также и в замедлении роста напряжения плоских зон.

Переход к квазинепрерывному спектру ловушек N(f.) = Л, ехр(-г/г, )/«, , где Nt - обьемная плотность ловушек, (см. рис. 1) привел к расширению временного диапазона существования отмеченной особенности. Временной диапазон уменьшенных значений напряжения плоских зон соответствует интервалу характерных времен генерации электронов для всего диапазона энергетического положения ловушек. На рис. 1(6) отражено изменение со временем характера энергетического распределения степени заполнения ловушек. Видно, что происходи сначала заполнение, a затем онустошение тех ловушек, энергия которых оказывается выше опускающегося, вследствие уменьшения тока проводимости через НК, квазнуровня Ферми. Максимальное заполнение более глубокюс ловушек достигается при больших временах.

Результаты моделирования показали, что накопление заряда практически прекращается при временах, соответствующих времени генерации носителей с ЦЗ вдали от инжектирующего контакта ^,mfnx(El), где Е, = /Г, + 2y¡EiE< максимальное поле в нитриде кремния.

Наилучшее совпадение характеристики накопления заряда получены при следующих значениях параметров ЦЗ и ловушек:

N — l,l*IO"cm-3 ; о = 2.2* 10 » см3;

Ф=1.47эВ; f0 = 0.01;

ff, " 10" см-3; о,=3*10-1«см»;

Из результатов моделирования следует, что наилучшее соответствие характеристики накопления с экспериментальной достигается при сечении ЦЗ а = гЛД''1 ( гле с ■» 1 - 1.1 ), что согласуется с представлением о взаимном вднянии ЦЗ на захват носителей при концентрации U3 /V> 10l8cnv3 .

Результаты моделирования показывают, что развитая модель переходных процессов накопления заряда позволяет адекватно описывать характеристики МОНОП структур.

Третья глава посвящена исследованию влияния протяженных дефектов на транспорт носителей через диэлектрик в МЛН структуре. В ней приводятся оригинальные результаты регистрации ЗС МЛП структур Для исследования электрических параметров МЛП структур ис'польтовялись структуры,

пилучсшшг тсрмитсским окислением кремниевой подложки )СЭФ-4.5 в атмосфере сухом кислорода к последующим нанесением А1 электрода площадью 5 — I мм2 . Толщина 5)02 составляла (1*00 нм.

Впервые предлагается использовать измерения гистограмм зарядовой стабильности (распределение МДП структур но величине заряда О , пропускание которою через диэлектрик приводит его к необратимому пробою). Гисюграммы ЗС (рис 2.) характеризуются тремя пиками. Левый пик на гистограмме соответствует исходно дефектным структурам с >ольшими токами угечки через диэлектрик ((}<10"" Кл). Средний пик соответствует Питежшалыю ненадежным МДII структурам (пробиваются при пропускании малого заряда 1 ()'''<(}< 10'5 Кл). Третий пик (0>Ю-1 Кл) соответствует "бездефектным" структурам. Малую зарядовую стабильность вполне естественно снизывать с наличием протяженных дефектов у межфазной границы Б^Ю^ Полагая, что эти протяженные дефекты распределены по поверхности межфазной границы случайным образом, их концентрация, в соответствии с распределением Пуассона О^-й'^О-чу), где доля дефектных структур (левый и средний пик на гистограмме рис. 2).

29

20

10

1

О 2

В

лЛ

Лш

-12 II -10 -в ■» -7 -в -5 -* -1 -2

»«(<?), Кл

Рис. 2. Типичны« ¿ш/пог/кшми ЗС/пониотмочных Щ1П апруктур, сформированных на одной тиапиие кремния. I - иглоЛыя пюстина, 2 - те же я-ич /птм /ккие у - о&унения (дот 10" рад).

Показано, что огромная ризница на 5-й порядков в злрядоиой стабильности "бездефектных" н потенциально-ненадежных МДП структур обусловлена геомсцшческими факторами: отношение площади дефектной области межф&зкой границы, характер)! 1>мшсйсй (кзтыиой плотностью

4

У

поперхносных состояний, х площади Л1 электрода сосшвляет именно такую величину 10*7 -10"* .

Используя иместние результаты регистрации микроаефектов методом растропой электронно'! микроскопии, делпстся вывод о том, что ЗС МДП структур обусловлена геометрическими факторами - площадью области микродсфскта (области с повышенной плотностью ловушек у границы 5и-5Ю}). составляющей величину 10 ' - 10 6 см2. Тот факт, что воздействие на МДП структуру не сдвигает правый пик на гнстотрпмме ЗС (рис. 2) свидетельствует о том. что он соответствует ЗС бе.мгфектных МДП структур. Мнхрпдефекты лишь локализуют ток туннельной шшшщч п птлгктряк. Результаты свидетельствуют п пользу того, что крнтмчесхпя поверхностная плотность шряла, пропускание которой приводит к пробою диэлектрика, отличается незначительно для МДП структур, сформированных п одном техно,'тпгичесхом режиме, так кяк она определяется объемными свойствами диэлектрика.

Этот результат согласуется тгшке с тем, что вид ПАХ псех грех типов МДП структур после необратимого пробоя описывается степенной зависимостью. Далее я главе показано, что такой вид ЙЛХ соответствует проводимости электронов по поверхности микротреттшы в диэлектрической пленке, образававшеПся в результате необратимого пробоя диэлектрика и формирующейся в области протяженною дефекта у межфашой границы, который и ограничивает её ллпну.

Затем разпнвпется теория проводимости исходно дефектных МДП структур (плтеиииально-лефектнмх МДП структур после пробоя в результате измерения 1С) и проведено сопоставление с экспериментальными результатами. Полагается, что проводимость микрогрешшш определяется спектром ЛС на поверхности микротрешкпы. При растрескивании окисла оборванные спят формируют лок.зли кшлнные состояния. Ялекгроны, инжектируемые щ катода, ниватмгаются на эти поверхностные состояния (ПС). Термическая гемерлпич постелей с лих состояний и обеспечивает нрщекаииг ич^ппмшичио режиму |г*уа. ограниченного пГя.ечн)!м тр'-Поч

Полататсь. чго распределение поиерхкктных лопушок по 'иертим. отсчитываемой ог порог л пичгижцосги - жспоненшм.и-И'к-

/V

Аъ )"• ' С- [Н' г/кт.) кТ, ■

и

где Л/ - концентрощш ПС, Тс -параметр, характеризующий это распределение. Использовалось также представление о поверхностной проводимости в неупорядоченных двумерных системах:

ст=ст„ехр<-|р,

где сгл=0,1 — ЗхЮ"5 Ом'1 -минимальная металлическая проаодимость в двумерных системах, q - заряд электрона, Л - постоянная Планка, ¡¡,— квазнуровень Ферми, отсчитываемый от порога подвижности.

Полагая, что выполняется условие режима тока, ограниченного пространственным зарядом, подучено следующее выражение ддя С АХ дефектной МДП структуры:

где I - длина микротреишны, У - положительное напряжение на МДП £

структуре, К, = (¡N,¿1/0,, С, = - геометрическая ёмкость единицы длины

к

микротрещнны.

Сопоставлением с экспериментальными ВАХ показано, что теоретически: ВАХ согласуется с экспериментальными при длинах мнхротрешшш в диапазоне 0.1-0.5 мкм и плотности ПС на поверхности микротрещнны

яца

Этот результат подтверждает развитые представления о роли протяженных дефектов при пробое диэлектрика - длина образовавшейся сквозной микротрещнны соответствует характерной длине протяжённых дефектов, полученных ю анализа РЭМ изображений.

- Четвертая глава посвящена исследованию МИДИ электрофизических параметров МДП структур. Для этого использовалась методика, развитая в главе III. В ней анализируется изменение гистограмм ЗС МДП структур, индуцированное воздействием И МП. Предварительно была выбрана партия пластин со сформированными на них МДП структурами, у облучение которых приводило к значительному изменению гистограмм ЗС (увеличивалась доля структур с малой ЗС, аналогично результатам рис. 2). Это обусловлено генерацией положительного заряда у границы 51-5Ю2, по-видимому, »следствии генерации положительно' заряжент \ Е' центров (0,»5|) при

захвате неравновесных .дырок на нзпряженные - Б] связи. Таким образом у-облучение позволяет более полно выявить области границы раздела с большой концентрацией напряженных связей. Воздействие ИМП (амплитуда 0.1-0.2 МА/м, длительность импульсов около 40 мкс) на пластины этой же партии приводило к аналогичному изменению гистограмм ЗС, но со значительной задержкой во времени (рнс.З) Заметные измени« гистограммы ЗС наблюдались более чем через 100 часов после кратковременного (менее 20 с) воздействия ИМП. Изменение гистограммы ЗС через 120 часов после воздействия отражено на рис. 3, на котором отражена также исходная шстотрамма (заштрихована).

1Е<(3) , 101

Рис. 3. Гистограмма ЗС МДП структуы до (1) и через 120 часов после воздействия ИМП (2).

Результаты (рис. 3) свидетельствуют о существенном увеличении выявляемой с помощью гистограмм ЗС плотности дефектов в результате воздействия ИМП. Плотность дефектов 0=110 см"2 значительно превосходит исходную 0=50 см 2 на той же пластине. Исходная плотность мнкродефектов на всех пластинах была зарегистрирована в диапазоне 50-60 см-2.

Долговременное изменение плотности мнкродефектов, выявляемых с помощью гистограмм ЗС после воздействия ИМП на З^БЮз систему (рис. 3), аналогично известному, обнаруженному ранее в полупроводниковых соединениях А'"ВУ после воздействия импульса магнитного поля той же амплитуды и длительностью 10-20 с. Результаты (рнс.З) свидетельствуют также о появлении исходно-дефектных МДП структур (левый пик на гистограмме ЗС), т.е. об образовании мнкротрешин в результате релаксации внутренних механических напряжений у межфлшой границы.

. Дальнейшие исследования посвящены механизму длительной задержки изменения ЗС. Дли этого регистрировалось изменение одного из самых чувевительных к реакциям дефектов в приповерхностной области кр\шия параметров! - времени релаксации t нестационарной емкости МДП структуры. Воздействие ИМИ приводило к уменьшению т. Характер релаксации емкости к стационарному значению при постоянном значении обедняющего напряжения т; МДП структуре соответствовал генерации носителей из области обедненного слоя, а не с поверхностных состояний гранш i раздела, как до, ток и после воздействия ИМП. На основании экспериментальных результатов сделан вывод об увеличении концентрации генерационных центров в обедненной области, а МИДИ ЗС и напряжения плоских зон МДП структуры обусловлены миграцией дефектов, индуцированных воздействием ИМП. Для нолтиерлдения этих выводов проведено исследование влияния продолжйгельного ыидеПстиия электрического паля в обедненной сбластн кремния na t . Обнаружено, что продолжительное содействие электрического ноля в обедненной области полупроводника значительно ускоряет процесс МИДИ ансамбля дефсктоп & приповерхностной области полупроводника. Многократное приложение обедняющего напряжения к одной и той же МДП-структуре дли измерении С(1) характеристик после ьоздейстмя на эту структуру ИМИ приводит к значительно более быстрому и немонотонному изменению времени t и увеличению встроенного в диэлектрике положительного заряда, по сравнению с МИДИ без долговременного воздействии электрического подл. Интервал времени между измерениям«, т и, соответственно, между повторными приложениями обедняющего напряженна составлял I с. Такое же многократное И длительное приложение к МДП-структурс обедняющего напряжении до воздействия ИМП не приводило к заметным изменениям t. Используя характерное время немонотонного изменения т (около 103с) определена подвижность заряженных дефектов рв!0' i!-IO 11 cmV(B»c). Возможным типом таких дефектов являются вакансионио-примесные комплексы. Пояатенне быстроднффунлирующих примесных и собственных дефектов связывается с распадом метастабнльных прнснесно-дефемньи комплексов во время релаксации поляризации спиновой системы.

И.т5азгта.перечислеиы основные результата диссертации:

1. На основе представлений о спектр» ЛС в аморфных диэлектрик»* развита модель переноса и накопления заряда в H К МОИОГ1 структур Проведено численное моделирование переходного процесса накопления заряда, позволившее впервые обьясиить ряд особенностей долговременной релаксации полного тока, напряжения плоских юн, заполнения ЛС в ПК. Сравнение с экспериментальными характеристиками накопления заряда позволило установить параметры ЛС в НК.

2. Разработана' теория электронной проводимости микротрещииы в диэлектрике МДП структуры, основанная на учёте локализации носителей и« ловушках хвоста плотности состояний, опиемшошая ВАХ дефектных МДП структур.

3. Показана эффективность регистрации гистограмм ЗС для определения плотности микродефектса и её изменений в результате внешних воздействий (ионизирующие излучения, ИМП).

4. Экспериментально обнаружено влияние электрического поля на магнитоиндуцироплнные долговременные изменения электрофизических параметров МДП структур, обусловленные миграцией в электрическом иоле ' неравновесных заряженных дефектов (подвижность р=>10-13-Ю-11 см2/(В»с)), образовавшихся в результате распада метпеггабильиых примссно-дефектных комплексов, индуцированного воздействием ИМП.

wмдеип итерационная формула для расчета переходного принесся накопления заряда в нитриле кремния МОНОП элементов памяти.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Mft'ilov.V.y V.M., Siinanovich E.V. Prolonged storage of electrons in MONOS-stmctures. Mat. Res. Sos. Symp. Proc. V.284, (1993), 159-166.

2. MasiovsVy V.M., Liclmisnov J.O., Siinanovicli E.V. Electron conduction of inicrocrack in dielectrics. Materials Research Society 1993 FA 1.1. meeting. Boston 1993, Abstracts, P 108.

1. Масловский 15.M., Личманоп Ю О.. Симановнч Е.В. Влияние протяженных дефекгоп на пробой тпнкоплёночнмх МДП структур. Письма п ЖТФ, 1993, т.19, N> 24. С. I Мб.

4. Масловский В.М., Холодной К.В., Симонович Е.В. Структурные изменения в полупроводниках, индуцированные импульсом магнитного поля. Тез. докл. научно-тех. конф. "Физические основы надёжности и деградации полупроводниковых приборов". Нижний Новгород 1992, С. 83-84.

5. Masiovsky V.M., Simanovich E.V. The influence of the pulsed magnetic fields on MOS structure electrophysical parameters. Abstracts of International conferens "Dielectric and related phcnomena-DRP-92". Poland Zakcffane 1992, P 75-76.

6. Масловский B.M., Симанович E.B., Дейкун Ю.Д. Электрофизические характеристики дефектных МДП структур. Тез. докл. ыехдунар. научно-тех. конф. "Физические аспекты надёжности, методы и средства диагностирования интегральных схем" Воронеж 1993, С. 9.

7. Левин М.Н., Кадменский С,Г., Масловский В.М., Симанович E.G. Характер релаксационных процессов в МОП структурах после воздействия радиационных излучений и импульсного магнитного, поля. Тез. докл. междунар. иаучно-тех. конф. "Физические аспекты надёжности, методы н средства диагностирования интегральных Схем" Воронеж 1993, С. 21-23.

8. Масловский В.М., Климов Ю.А., Самсонов Н.С., Симанович Е.В.; Изменения электрофизических параметров систем Si-SiOj , индуцированные импульсным магнитным полем. ФТП, 1994, т. 2S, N¡ 5, С. 772-777.

9. Масловский В.М., Симанович Е.В. Гистограммы зарядовой стабильности МДП структур и их изменение, индуцированное импульсным магнитным полем. Материалы докладов научно-технического семинара'Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах! Москва. 1994. С.104-109.

/ >

За ,<aj ■Hi). ¡ítpcihc (ОС. ¿ i y!'L'j?'

Ь fin ¡o /c-<i4í é h. nctfíC*cpai.< МГИ)! T y