Радиационные повреждения

Разнообразные частицы высокой энергии (ионы, электроны и фотоны), присутствующие в плазме, создают потенциально опасную среду для изготавливаемых СБИС. Подзатворный диэлектрик и граница раздела Si-SiO₂ особенно подвержены радиационным повреждениям в результате облучения этими частицами.

Наблюдаются радиационные дефекты нескольких типов:

1. смещение атомов в результате соударений с ионами высокой энергии; при реактивном травлении этот дефект локализован в приповерхностном слое толщиной не более 10 нм;
2. первичная ионизация в результате разрыва связей Si-O и образования электронно-дырочных пар; этот процесс вызывается фотонами дальнего ультрафиолетового диапазона и мягкими рентгеновскими лучами;
3. вторичная ионизация, при которой электроны, образующиеся вследствие атомных смещений и первичной ионизации, взаимодействуют с дефектами связей Si-O.

Каждый из этих дефектов проявляется в форме сходных электронных дефектов - положительно заряженных и нейтральных ловушек. Положительно заряженные ловушки вызывают сдвиги величин порогового напряжения и напряжения плоских зон, а нейтральные - захват электронов высокой энергии.

Если подзатворный окисел непосредственно подвергается реактивному плазменному травлению ионами высокой энергии (~400 эВ), смещения атомов не наблюдается, возможно, из-за того, что поврежденный слой непрерывно стравливается. Однако повреждения, вызванные фотонами, проявляются как захваченные дырки и нейтральные ловушки. Захваченные дырки отжигаются при температуре 400 °С, тогда как для удаления нейтральных ловушек требуется отжиг при 600 °С и выше.

При непосредственном травлении подзатворного окисла нереактивным плазменным способом наблюдаются атомные смещения, для удаления которых необходим отжиг при 1000 °С.

В реальных условиях изготовления МОП-схем чувствительная к облучению область подзатворного окисла защищена металлизацией затвора (обычно поликристаллический кремний) в процессе травления. Подавляющее большинство частиц не обладает достаточно высокой энергией для прохождения через слой электрода затвора, поэтому радиационные повреждения сконцентрированы по периметру электрода. Кроме того, технологический процесс обычно включает последующие высокотемпературные операции, во время которых радиационные дефекты отжигаются.

Основная проблема, связанная с радиационными повреждениями, возникает при образовании нейтральных ловушек после формирования алюминиевой металлизации, когда дальнейший высокотемпературный отжиг исключен. Необходимо контролировать максимальные ускоряющие напряжения, чтобы они не превышали пороговой величины, за которой начинается образование неотжигаемых дефектов. Эти напряжения определяются конкретной структурой микросхемы и маски.