Эксπир
Регистрация / Вход

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
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Внебюджетные средства
5,4 млн

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
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
Нанокластерированные ферромагнитные материалы для приборов полупроводниковой спиновой наноэлектроники.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
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
Тема
Концентрированные магнитные полупроводники как рабочая среда для логических и запоминающих устройств спинтроники.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
1