Исследования, разработка и создание микроэлектронных приборов СВЧ и ТГц диапазона на основе широкозонных гетероструктур

В 2021 году проводились работы по разработке способов модификации структур для повышения радиационной стойкости изделий микроэлектроники. Объектами исследований являлись интегральные схемы на основе биполярных P-N-P и N-P-N транзисторов; МОП-структуры на основе оксида кремния и нитрида кремния. Целью работы был поиск условий воздействия на объекты исследования для повышения их стойкости к различного рода радиационному воздействию, в частности повышение функциональности и выхода годных интегральных схем на основе биполярных транзисторов при гамма-облучении; модификация слоёв диэлектрика посредством обработки водородом для улучшения их функциональных качеств и повышения их радиационной стойкости. В качестве способов повышения радиационной стойкости кремниевых структур известны следующие: щелевая изоляция, повышение рабочей температуры, насыщение водородом, подзатворная щелевая изоляция, геттерирование. Существенно снизить концентрацию радиационных дефектов возможно внедрением в транзисторную структуру Ван-дер-Ваальсово связанного водорода. Также используют отжиг в водороде при температуре ≥ 900° C, пирогенное окисление, гидрогенизированный псевдоаморфный кремний, нитрид кремния с водородными связями, обработку в водородной плазме, парах воды и HCl при эпитаксии. Методами обработки структур для повышения их радиационной стойкости в данной работе были следующие: геттерирование и обработка в водороде с использованием метода электронного циклотронного резонанса (ЭЦР). Методами исследования структур были: измерение коэффициентов усиления ИС, входного тока, выхода годных структур, вольт-фарадные измерения. В ходе выполнения работы были получены следующие результаты. Проведено сравнительное исследование МДП структур с оксидом и нитридом кремния, получены следующие выводы. (1) В исходных структурах с оксидом кремния параметры диэлектрика (заряд в диэлектрике и качество интерфейса диэлектрик-полупроводник) лучше, чем в структурах с нитридом. (2) Обработка в водородной плазме со смещением приводит к сдвигу UFB в область положительных напряжений на ~1,5 В (отрицательный заряд ~6x1011 см-2). (3) Воздействие водородной плазмы со смещением уменьшает встроенный заряд в нитриде кремния и, соответственно, улучшает параметры структуры. Проведен сравнительный анализ влияния обработки водородной ЭЦР-плазмой на диэлектрические слои оксида кремния и нитрида кремния. Сделаны следующие выводы. (1) Показано, что оксид кремния демонстрирует более высокие параметры в исходном состоянии, а нитрид кремния более устойчив к обработке и облучению. (2) Подобраны условия обработки, позволяющие вводить отрицательный заряд в оксид кремния и добиться устранения первоначального встроенного заряда в структурах на основе нитрида кремния. (3) Показано, что модификация слоёв диэлектрика посредством обработки в водородной ЭЦР-плазме позволяет улучшить их функциональные качества и повысить их радиационную стойкость.