Ηλεκτρικός χαρακτηρισμός Οξειδίων του Πυριτίου ανεπτυγμένων είτε θερμικά είτε με τη μέθοδο της Ιοντοβολής

Abstract

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της έρευνας των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των στρωμάτων οξειδίων του πυριτίου που αναπτύχθηκαν είτε θερμικά είτε με τη μέθοδο της ιοντοβολής (RF Sputtering). Η ανάλυση των πειραματικών μετρήσεων οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η θερμική οξείδωση, σαν μέθοδος ανάπτυξης στρωμάτων οξειδίου του πυριτίου, ναι μεν δε προκαλεί φαινόμενα υστέρησης σε πυκνωτές MOS, αλλά προκαλεί ανάπτυξη παγίδων στη διεπιφάνεια Si/SiO2 οι οποίες επιδρούν αρνητικά στις διηλεκτρικές ιδιότητες ενός πυκνωτή (μείωση διηλεκτρικής σταθεράς). Επίσης, φαίνεται από τις μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν να υπάρχει θετικό φορτίο εντός του οξειδίου. Για την ανάλυση που πραγματοποιήθηκε για τα στρώματα των οξειδίων που αναπτύχθηκαν με τη μέθοδο της ιοντοβολής, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις μελετώντας δύο παραμέτρους, τη θερμοκρασία εναπόθεσης (100-500 °C και σταθερό λόγο 3:1 Ar:O2) και το λόγο ροής Ar:O2 (1:1, 3:1, 6:1 με σταθερή θερμοκρασία εναπόθεσης 500 °C). Με τη βοήθεια ηλεκτρικών μεθόδων χαρακτηρισμού, προσδιορίστηκε ο ρόλος των παραπάνω παραμέτρων στο παράθυρο μνήμης (σε συνεχή λειτουργία) και στους μηχανισμούς αγωγιμότητας. Μελέτη για την ύπαρξη παγίδων εντός των στρωμάτων των διηλεκτρικών, έδειξε ότι είναι δυνατή η φόρτιση / εκφόρτιση τους, με αποτέλεσμα την ύπαρξη παράθυρου μνήμης της τάξης 0.5 – 1 V για θερμοκρασία εναπόθεσης 100 °C, της τάξης 1.5 V για τους 300 °C. Αύξηση της θερμοκρασίας εναπόθεσης (500 °C) του SiO2, έδειξε ότι το παράθυρο μνήμης μειώνεται σημαντικά (<0.5 V), αλλά το διηλεκτρικό διαρρέεται αρκετά γρήγορα από ρεύμα και καταρρέει. Όσον αφορά τη μελέτη της παραμέτρου του λόγου Ar:O2, σε λόγους 1:1 και 3:1 παρατηρήθηκαν μικρά παράθυρα μνήμης, ενώ σε λόγο 6:1 αυξάνεται το παράθυρο μνήμης (> 1.5 V). Όσον αφορά στους μηχανισμούς αγωγιμότητας φαίνεται ότι κυριαρχεί ο μηχανισμός Fowler – Nordheim στα θερμικά οξείδια, αλλά όχι στα εναποτιθέμενα οξείδια.

In this thesis, results of the investigation of the electrical characteristics of the silicon oxide layer grown either thermally or with the method of RF Sputtering are presented. The analysis of experimental data suggests that the thermal oxidation as a method of growing layers of silicon oxide, while not causing phenomena of hysteresis on capacitor MOS, causes the growth of traps at Si/SiO2 interface that adversely affect the dielectric properties of a capacitor ( reduction of the dielectric constant). Furthermore, the applied measurements indicate the existence of a positive charge in the oxide layer. For the analysis performed for layers of oxides developed with the method of RF Sputtering, measurements took place by studying two parameters, the deposition temperature (100-500 °C and constant ratio of 3:1 Ar:O2) and the flow ratio of Ar:O2 ( 1:1, 3:1, 6:1 with constant deposition temperature 500 °C). By electric methods’ characterization we determined the effect of the above parameters in the window memory (in continuous operation) and the conductivity mechanisms. The study on the existence of traps within the dielectric layers, showed that it is possible to charge/discharge, resulting in existence of a memory window of about 0.5 - 1 V for a deposition temperature 100 °C, to about 1.5 V for 300 °C. Increasing the deposition temperature (500 °C) of SiO2, showed that the memory window is significantly reduced (<0.5 V), but the dielectric is crossed fast enough and subsequently collapses. On the study of the parameter ratio Ar:O2, in ratios of 1:1 and 3:1 small memory windows were observed, while for the 6:1 ratio the memory window increases(> 1.5 V). With regard to the conduction mechanisms seemed to dominate the mechanism Fowler - Nordheim seemed to dominate at thermic oxides, but not at sputtered oxides.