ВВЕДЕНИЕ 12
1 ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЛЁНКИ НИТРИДА КРЕМНИЯ 15
1.1 Применение тонких плёнок нитрида кремния в микроэлектронике 15
1.3 Способы получения плёнок нитрида кремния 19
2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И МЕТОДИК
ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.1 Установка ионно-плазменного осаждения покрытий 30
2.2 Измерение толщины покрытий профилометром серии XP 2 Stylus 33
2.3 Измерение толщины покрытий эллипсометрическим комплексом
ЭЛЛИПС-1891САГ 34
2.4 Исследование химического состава плёнок Si3N4 рентгеновской
фотоэлектронной спектроскопией 36
2.5 Исследование присутствующих в плёнках связей атомов и их
концентраций методом ИК-Фурье спектроскопии 36
2.6 Измерение электрических свойств полупроводниковых приборов с
помощью зондовой станции SUSS PM5 и Л2-56 40
2.7 Исследование морфологии поверхности и профиля плёнки сканирующей
электронной микроскопией 41
2.8 Испытания на надежность методом TDDB (time-dependent dielectric
breakdown) 45
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 48
4.1 Анализ потенциальных потребителей и конкурентных технических
решений 48
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 48
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 48
4.1.2 SWOT-анализ 49
4.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации 50
4.2 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 52
4.3 Инициация проекта 53
4.4 Планирование управления научно-техническим проектом 56
4.4.1 Иерархическая структура работ проекта 56
4.4.2 Контрольные события проекта 57
4.5 Бюджет научного исследования 60
4.5.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты 60
4.5.2 Специальное оборудование для научных работ 61
4.6 Основная заработная плата 62
4.7 Дополнительная заработная плата персонала 64
4.8 Отчисления на социальные нужды 64
4.9 Накладные расходы 65
4.10 Научные и производственные командировки и оплата работ,
выполняемых сторонними организациями и предприятиями 65
4.11 Организационная структура проекта 67
4.12 Матрица ответственности 67
4.13 План управления коммуникациями проекта 69
4.14 Реестр рисков проекта 69
4.15 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 70
4.15.1 Динамические методы экономической оценки инвестиций 70
4.15.2 Чистая текущая стоимость (NPV ) 71
4.15.3 Дисконтированный срок окупаемости 72
4.15.4 Внутренняя ставка доходности (IRR) 73
4.15.5 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций (PI) 75
4.15.6 Оценка сравнительной эффективности исследования 75
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 79
Диэлектрические плёнки нитрида кремния нашли широкое применение в микроэлектронной промышленности в качестве диэлектрических слоев в МДМ (металл-диэлектрик-металл)- и МДП (металлдиэлектрик-полупроводник)- структурах, масок при окислении и пассирующих покрытий [1-6]. Они обладают уникальным сочетанием физических, механических и химических свойств, такие как:
• высокая диффузионная стойкость по отношению к ионам щелочных металлов и влаге,
• хорошие изолирующие и диэлектрические свойства,
• повышенная химическая стойкость в агрессивных жидких и газовых средах, в том числе при проведении фотолитографических операций,
• химическая инертность по отношению к полупроводниковым, диэлектрическим и металлическим материалам и др.,
• высокая термическая стабильность [1,2,4,5].
В настоящее время среди способов получения нитрида кремния наибольшее распространение получили методы плазмохимического осаждения, особенностью которых зачастую является нагрев подложек до достаточно высоких температур, что приводит к образованию структурных дефектов в полупроводниках и термической деформации подложек и, как следствие, снижению выхода годных приборов. Поэтому все более актуальной задачей является разработка низкотемпературных методов получения тонких диэлектрических плёнок Si3N4 различного функционального назначения.
Для этого может быть успешно использован метод магнетронного распыления, который позволяет получать покрытия с высокими функциональными характеристиками при достаточно высоких скоростях осаждения, а также без использования токсичных реагентов в виде силана и аммиака, применяемых при плазмохимическом осаждении [7,8].
Однако качество получаемых при магнетронном распылении плёнок зависит от целого ряда технологических факторов: давление в рабочей камере, соотношение потоков плазмообразующих газов, состояние поверхности подложки перед осаждением, а также параметров источника питания (ИП) магнетрона.
Таким образом, целью магистерской работы является исследование процессов формирования плёнок на основе нитрида кремния с высокими диэлектрическими свойствами в зависимости от режимов осаждения и параметров источника питания магнетронной распылительной системы (МРС).
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) исследовать особенности работы магнетронной распылительной системы при осаждении диэлектрических плёнок нитрида кремния;
2) определить рабочие режимы, при которых образуются покрытия, близкие по составу к стехиометрическому Si3N4;
3) сформировать МДМ-конденсаторы, используя в качестве диэлектрика покрытия, осажденные при режимах, полученных в п.2;
4) измерить электрические характеристики полученных МДМ- структур (емкость, пробивное напряжение) и выбрать оптимальные технологические параметры, обеспечивающие получение плёнок нитрида кремния со следующими свойствами:
• толщина диэлектрика для требуемой удельной емкости С = 400 пФ/мм должна составлять приблизительно d = 160 нм, что соответствует диэлектрической проницаемости равной 7;
• ток утечки 10 мкА должен соответствовать напряжению не менее 80 В;
• минимальное напряжение пробоя конденсатора должно составлять 80-100 В;
• срок службы МДМ конденсатора должен быть не менее 20 лет при напряжении 20 В.
Апробация результатов исследования. Основные материалы работы были представлены и обсуждались на научных конференциях:
1. VIII Всероссийская (с международным участием) научно-техническая конференция «Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий», Казань 2016.
2. XIV Международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск 2017.
