New-Tech Military Magazine | Q1 2021

בטמפרטורות גבוהות. הפיתוח מבוסס על הבנת התהליך ברמת האטום, מנגנון ההיווצרות וההתנהגות החשמלית של . SiO 2 פגמים בשכבת ה־ איתור המלכודות בשכבת ה־ (בטמפרטורה נמוכה) SiO2 השלב הראשון במציאת פתרון לשיפור בטמפרטורה נמוכה היה NBTI אמינות ה־ . NBTI לזהות את הפגם שגורם לתופעת ה־ Comphy הצוות שלנו השתמש במודל (שפותח ביחד עם הקבוצה של פרופסור גרסר באוניברסיטת וינה לטכנולוגיה, שהוא גם אחד ממחברי המאמר הזה) NBTI למדידת החתימה החשמלית של ה־ . SiO 2 בפגמים שנוצרו על גבי שכבת ה־ לאחר מכן השווינו את רמת האנרגיה המשוערת של המלכודות בפער האנרגיה ) לרמות SiO 2 של תחמוצת הסיליקון ( האנרגיה שחושבו ממבנים ידועים של .) SiO 2 פגמים בתחמוצת הסיליקון ( במחקר מקדים זה זוהה מרכז ' – פגם בתחמוצת הסיליקון E ההידרוקסיל־ הופך למבנה Si - O - Si ) שבו המבנה SiO 2( – כגורם הסביר ביותר להיווצרות Si - O - H הפגמים. הפגם הזה שכיח יותר כשקשרי נמתחים על ידי העומס המכני Si - O - Si Si שנוצר בשל אי ההתאמה בין אטומי ה־ שבשריג. כשבתהליך הייצור אטום SiO 2 ו־ מימן שבו חסר אלקטרון מתקרב לאתר מתוח, הוא נוטה להתחבר לאטום Si - O - Si ) ומשאיר Si - O - H החמצן (ליצירת קשר מאחור רדיקל סיליקון (אטום סיליקון עם אלקטרונים לא מזווגים), שבהמשך עלול ללכוד אלקטרון ערכיות מתעלת הסיליקון של הטרנזיסטור כשזורם בה זרם חשמלי. (הערה: לאידוש אטום הסיליקון עם האלקטרונים הלא מזווגים יהיה צורך להביא לאתר אטום מימן טעון נוסף). ' צפויים להיווצר E הפגמים בהידרוקסיל־ איכותיות שגדלו SiO 2 גם בשכבות בטמפרטורה גבוהה. אז מדוע הם נוצרים SiO 2 בצפיפות גדולה יותר בשכבות שגודלו בטמפרטורות נמוכות ומדוע הם מובילים לפגיעה באמינות הטרנזיסטור ? על פי השערת היסוד שלנו, NBTI בשל בטמפרטורת חמצון נמוכה העומס לא משתחרר Si / SiO 2 המכני בין אטומי באותה מידה. התוצאה היא כמות גדולה מתוחים, שהם Si - O יותר של קשרי המקור להיווצרות המלכודות המזיקות.

(משמאל) השוואה בין רמות האנרגיה שחושבו עבור מבני פגם ידועים :1 איור « כפי שנאמדו NBIT ) לעומת רמות האנרגיה של חתימת ה־ SiO2 בתחמוצת סיליקון ( '. כמו כן, E . המועמד הסביר ביותר הוא פגם בהידרוקסיל־ Comphy באמצעות מודל נשללו כמה גורמים נפוצים, ובהם המקום הפנוי לאטום חמצן. (מימין) סידור האטומים של מבני הפגם השונים.

ההשערה הזאת אושרה על ידי תצפיות NBTI שבהן הודגם כי שיפור באמינות ה־ מושג רק כשגידול תחמוצת הסיליקון או 700° C נעשה בטמפרטורה של יותר מ־ כשהיא נחשפת לטמפרטורות האלו. זהו גם טווח הטמפרטורות שבו על פי הממצאים משתחרר העומס המכני בין האטומים. אידושהפגמים בטמפרטורה נמוכה באמצעות אטום מימן: תוצאה פורצת דרך החדשות הטובות הן שבמחקר תיאורטי מקדים שבוצע על ידי שותפינו למחקר מאוניברסיטת וינה לטכנולוגיה, הוצע כי מימן יכול לשמש לאידוש רדיקל ,' E הסיליקון במרכזי ההידרוקסיל־ באופן דומה לרדיקלים שנמצאים על פני שטח גביש סיליקון (הנקראים מרכזי ). הדרך הפשוטה לעשות זאת תהיה Pb ליבון בסביבת גז עשיר במולקולות מימן, וזאת אכן השיטה המקובלת בענף ייצור המוליכים למחצה. אבל בעיה אחת עדיין נותרה בעינה: לפי המחקר התיאורטי, אידוש באמצעות מולקולות מימן מצריך השקעת אנרגיה ניכרת (על פי החישובים ). פירושו של דבר 0.65 eV > מחסום אנרגיה הוא שבפועל נדרשות טמפרטורת ליבון גבוהות וזה לא פתרון ישים בשיטות ייצור מסוימות.

לכן חקרנו את האפשרות של חשיפת ) לכמות גדולה של SiO 2 תחמוצת הסיליקון ( *) מיד לאחר החמצון, H אטומי מימן (רדיקל על מנת לשפר את אידוש הרדיקלים של ', בתגובה E הסיליקון במרכזי ההידרוקסיל־ שעל פי הצפי תדרוש כמות אנרגיה נמוכה. ,)* H לצורך חשיפת הרדיקלים של מימן ( פיתחנו תהליך ניקוי יבש בפלזמה מרחוק . 300 mm (במורד הזרם) על גבי כלי בגודל תוצאת הטיפול הזה עלתה על כל הציפיות שלנו. אפילו חשיפה בטמפרטורה נמוכה הובילה לשיפור משמעותי 100° C של SiO 2 . חשיפת שכבת NBTI באמינות ה־ לאטומי 600° C שגדלה בטמפרטורה של דקות הובילה ליצירת שכבת 10 * למשך H באיכות שכבר משתווה, ואפילו SiO 2 שגדלה SiO 2 מעט טובה יותר, משכבת ושימשה כביקורת. 900° C בטמפרטורה של , 300° C העלאת טמפרטורת החשיפה ל־ , 600° C עדיין רחוק מערך הגבול העליון שיפרה את איכות תחמוצת הסיליקון לרמה שהתעלתה על זאת של שכבת הביקורת . על פי חקר 900° C שגדלה בטמפרטורה של הקינטיקה של תגובת האידוש באמצעות * תחת זמני וטמפרטורות חשיפה H אטומי שונים, אנחנו מעריכים כי נדרשת בסך הכל ולכן אפשר 0.21 eV אנרגיית שפעול של * מתאים H לקבוע כי הטיפול באטומי לתהליכי ייצור בטמפרטורה נמוכה.

29 l New-Tech Military Magazine