Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологических основ получения новых функциональных структур металл-диэлектрик-полупроводник для использования в логических устройствах наноэлектроники

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3155
Организация
НИЯУ МИФИ
Руководитель работ
Неволин Владимир Николаевич

Исследования основных закономерностей формирования перспективных функциональных полупроводниковых, диэлектрических, проводящих материалов и структур, установление взаимосвязи их состава, структуры и свойств. Развитие новых технологических процессов, методов и технологических приемов обработки материалов и структур для улучшения эксплуатационных характеристик и придания им новых или ранее не достижимых функциональных свойств, пригодных для создания эффективных приборов и устройств в соответствии с требованиями электроники, производства и эффективного использования энергии, связи и информационных технологий, медицины и здравоохранения

Этапы проекта

1
09.04.2007 - 30.06.2007
проведен анализ научно-технической литературы по тематике проекта с точки зрения перспективности использования заявленных систем материалов для создания МДП структур логических устройствах наноэлектроники. Разработана теоретическая модель, обосновывающая преимущества использования оксидов металлов с высоким ε в качестве подзатворного диэлектрика.
Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96, из которых можно сделать вывод о патентоспособности предлагаемых подходов (способов) к формированию функциональных МДП струкутр. Отчет включен в приложение к данному отчету.
Были определены наиболее перспективные диэлектрические материалы и системы для различных подложек (Si, Ge, GaAs). HfO2, La2O3, Lu2O3, HfxAl1-xOy, HfxLa1-xOy, LaxAl2-xO3, LuxAl2-xO3, TiHfxOy, TiAlxOy и сформулированы возможные направления решения задач, поставленных в ТЗ НИР. Выбраны направления и методы исследований, способов решения поставленных задач.
Отлажена методика исследования границы раздела между слоями оксидов металлов с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости и Si, методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и спектроскопии рассеяния медленных ионов (СРМИ);
Разработана методика in situ исследования эволюции элементного и химического состава при термообработке образца в аналитической камере электронного спектрометра XSAM-800.
Проводилась разработка методик роста HfO2, La2O3, Lu2O3 с помощью реактивного ИЛО на поверхности Si(100) и были проведены исследования полученных пленок. Сделаны выводы по механизмам роста и получены оптимальные режимы процессов осаждения.
Получены детальные данные о реакциях на границе раздела сверхтонких оксидов лютеция с кремнием, влияния слоя SiO2, режимов и среды термообработок на «окно» термической стабильности оксидных слоев. Исследования процессов происходящих в сверхтонких оксидных пленках Lu на поверхности Si при вакуумном отжиге показали, что при температурах Т> 9400С происходит диффузия кремния к поверхности пленки и уход его в вакуум в виде SiO, что приводит к превращению силикатной пленки в оксидную. Такое превращение может приводить к значительному увеличению коэффициента диэлектрической проницаемости.
Отрабатывались методики роста HfO2 на подложке Ge. Требуются дальнейшие исследования свойств границы раздела HfO2/Ge и поиск оптимальных режимов осаждения оксида.
Экспериментальные исследования проводились совместно с зарубежным партнером- со-инвестором проекта Национальной лабораторией «Материалы и устройства для микроэлектроники» (National Laboratory CNR-INFM “Materials and Devices for Microelectronics”, Италия), который, в частности, проводил работы по отработке методик ALD роста пленок Lu2O3, также анализу структурных, морфологических и электрофизических свойств указанных диэлектрических слоев. На выращенных в CNR-INFM-MDM сверхтонких пленках Lu2O3 были проведены исследования термической стабильности этих оксидов и влияние термообработки на их электронные свойства
Развернуть
2
01.07.2007 - 31.10.2007
1. Цель и задачи этапа работ:
• Основной задачей является исследование возможности получения на основе силицида никеля электрода затвора МДП структуры с подзатворным диэлектриком HfO2.
2. Работы, выполненные на отчетном этапе:
• Проведены исследования формирования верхней границы раздела Si/HfO2 и её эволюции в процессе последующего отжига, моделирующего технологический процесс изготовления функциональной МДП-структуры.
• Исследовано влияние термообработок на электронные свойства структуры NiSix-HfO2.
• Исследовано влияние примесного -слоя на границе раздела NiSi-HfO2. на эффективную работу выхода NiSi электрода.
3. Результаты
• Установлены механизмы роста Si на поверхности HfO2 осаждаемого методом ИЛО при 200С (послойный рост) и 6000С (островковый рост).
• Разработана методика исследования реакций на верхней границе раздела металл/диэлектрик и измерения эффективной работы выхода металлов в контакте с конкретным диэлектриком на основе последовательного проведения измерений методом РФЭС в процессе осаждения сверхтонких (~1 монослоя) металлических или силицидных слоев на поверхность диэлектрика.
• Измерена величина эффективной работы выхода для разных фаз силицидов никеля (NiSi и Ni2Si) в контакте с HfO2. Эффективная работа выхода NiSi составляет 4,4 эВ, а Ni2Si – 4,7 эВ.
• Показано, что в результате отжига структуры Ni2Si/HfO2 эффективная работа выхода уменьшается с 4,7 до 4,5эВ, приближаясь к эффективная работе NiSi/HfO2.
• Продемонстрирована возможность управления работой выхода электрода затвора на основе NiSi с помощью формирования сверхтонкого примесного -слоя на границе раздела NiSi-HfO2. Эффективная работа выхода структуры NiSi/Sb(0,3нм)/HfO2 составляет 4,2 эВ. Установлено, что присутствие промежуточного -слоя Ge на границе раздела NiSi-HfO2 не приводит к изменению работы выхода NiSi электрода.
Развернуть
3
01.11.2007 - 31.12.2007
В ходе выполнения работы по 3-му этапу Госконтракта №02.513.11.3155 получены следующие научные и методические результаты:
• Предложен ряд металлорганических прекурсоров, пригодных для формирования сверхтонких диэлектрических пленок оксидов лантана, лютеция, гафния и иттербия методом АПО и отработаны процессы их синтеза;
• отработаны режимы роста сверхтонких диэлектрических слоев HfO2, La2O3, Lu2O3 LuSixOy, Yb2O3 методом АПО на подложках Si;
• исследованы морфология и состав осаждаемых пленок в зависимости от условий роста и режимов последующих термообработок;
• установлено, что отжиг оксидов редкоземельных металлов (La2O3, Yb2O3) в атмосфере N2, содержащей малое количество остаточного кислорода, приводит к преобразованию оксида в силикат;
• состав силикатных пленок (LuSixOy) не стабилен при вакуумном отжиге, приводящем к уменьшению концентрации кремния;
• исследованы свойства границ раздела между диэлектрическими слоями HfO2, Lu2O3 и подложками Ge. Показано, что в отличие от границы раздела с кремнием, где всегда присутствует слой SiO2, который снижает эффективное значение коэффициента диэлектрической проницаемости подзатворного диэлектрика, в случае использования подложек Ge слой GeOx на границе раздела отсутствует, при этом зафиксирована достаточно высокая, с точки зрения технологического процесса, термическая стабильность структур HfO2/Ge и Lu2O3/Ge;
Полученные результаты могут быть использованы при дальнейшей разработке технологических процессов производства КМОП-приборов нового поколения в микро- и наноэлектронике.
Развернуть
4
01.01.2008 - 30.06.2008
В результате измерений методом БЭЭМ на МДП-структурах на основе Au/HfO2/SiO2/n-Si, Pt/HfO2SiO2/n-Si и Ni0,25Si0,75/HfO2SiO2/n-Si.
  Исследованы свойства границ раздела между диэлектрическими слоями TiHfOx и подложкой Ge; показано, что в отличие от границы раздела с кремнием, где всегда присутствует слой SiO2, в случае использования подложек Ge слой GeOx на границе раздела отсутствует, в том числе, после термообработок;
  Проведена оценка возможности использования трехкомпонентных оксидов для формирования МДП-структур в КМОП-приборах.
Развернуть
5
01.07.2008 - 31.10.2008
Разработаны методики подготовки экспериментальных образцов МДП-структур, сформированных с использованием новых диэлектриков и металлических затворов и методики исследований их электрофизических свойств.
  Подготовлены экспериментальные образцы МДП-структур на основе подзатворного диэлектрика LaAlO3 и проведены исследования эх электрофизических свойств.
  Разработана технология изготовления и с её использованием изготовлены прототипы МДП-транзисторов на функциональной основе МДП-структур Al/LaAlO3/Si и TaN/ LaAlO3/Si.
  Исследования экспериментальных образцов показали возможность использования в КМОП-приборах в качестве подзатворного диэлектрика LaAlO3.
  Получены необходимые технологические условия формирования МДП-структур, позволяющие проводить в дальнейшем разработку технологических процессов производства КМОП-приборов наноэлектроники.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области естественных наук: 1. Теория и практика образования и эволюции нанокомпозитов с иерархической структурой пор в золь-гель процессах; 2. Сканирующая зондовая микроскопия материалов и элементов микро- и наноэлектроники. Новые аналитические возможности; 3. Материаловедение и диагностика элементов альтернативной энергетики; 4. Анализ структуры пористых материалов и релаксационных явлений в них; 5. Исследование наноструктурированных континуальных систем сегнетоэлектрик-полупроводник (диэлектрик) для нового поколения устройств функциональной электроники; 6. Исследование нелинейных свойств сегнетоэлектрических пленок в СВЧ диапазоне с целью создания формирователей ультракоротких импульсов; 7. Диагностика энергетического спектра светодиодных гетероструктур на основе множественных квантовых ям InGaN/GaN методами адмиттансной спектроскопии; 8. Моделирование и подгонка экспериментальных вольт-фарадных характеристик гетероструктур с квантовыми ямами; 9. Политипизм и пути оптимизации дефектной структуры слитков карбида кремния; 10. Исследование процессов синтеза естественных сверхрешеток
Продолжительность работ
2009, 3 мес.
Бюджетные средства
2,9 млн
Организация
CПбГЭТУ "ЛЭТИ"
профинансировано
Тема
Разработка технологических основ получения функциональных полупроводниковых, диэлектрических и проводящих материалов для перспективных приборных разработок
Продолжительность работ
2007 - 2008, 19 мес.
Бюджетные средства
100 млн
Количество заявок
43
Тема
Разработка методов получения и обработки нового класса функциональных редкометаллических материалов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
6
Тема
Разработка нового класса функциональных полупроводниковых структур на подложках из широкозонных полупроводников и диэлектриков.
Продолжительность работ
2017 - 2018, 14 мес.
Бюджетные средства
27 млн
Количество заявок
0
Тема
Конструкционные стали с ультрадисперсной и наноструктурой, методы их получения и обработки
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
10
Тема
Создание стандартных образцов состава и свойств многослойных наногетероструктур для метрологического обеспечения измерений профилей состава функциональных покрытий и приборов наноэлектроники на гетероструктурах.
Продолжительность работ
2011, 6 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
1