Молекулярное наслаивание аддитивного слоя диоксида кремния на анодированные оксиды тантала и ниобия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты изучения процессов формирования нанослоев оксида кремния методом молекулярного наслаивания (атомно-слоевого осаждения) на поверхности пленок оксидов тантала и ниобия, полученных электрохимическим окислением соответствующих металлов. Исследование электрической прочности структур металл—диэлектрик—металл (МДМ) на основе оксидов тантала и ниобия показало, что введение аддитивного слоя диэлектрика (SiO2) позволяет значительно повысить электрическую прочность указанных структур.

Об авторах

Ю. К. Ежовский

Санкт-Петербургский Государственный технологический институт (технический университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: ezhovski1@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

С. В. Михайловский

Санкт-Петербургский Государственный технологический институт (технический университет)

Email: ezhovski1@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Горбачев И.П., Сашов А.А. Метод выявления внутренних дефектов танталовых конденсаторов для снижения количества отказов аппаратуры // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2019. Т. 6. Вып. 1. С. 94–101.
  2. Mbisike S.C., Tsiamis A., Lomax P., Cheung R. Anodic tantalum: Fabrication, breakdown characteristics of capacitor and integration with a WSe2 field effect transistor // Solid State Electronics. 2022. V. 196. Р. 108423. 4 p. https://doi.org/10.1016/j.sse.2022.108423
  3. Baldomá S.В., Pazos S.M., Aguirre F.L. et al. Wear-out and breakdown of Ta2O5 / Nb: SrTiO3 stacks // Solid State Electronics. 2022. V. 198. P. 108462, 6 p. https://doi.org/10.1016/j.sse.2022.108462
  4. Raeis-Hosseini N., Chen Sh., Papavassiliou Ch., Valov I. Impact of Zr top electrode on tantalum oxide-based electrochemical metallization resistive switching memory: towards synaptic functionalities // RSC Adv. 2022. V. 12. Iss. 22. Р. 14235–14245. https://doi.org/10.1039/d2ra02456j
  5. Molinnus D., Iken H., Johnen A. et al. Miniaturized pH-Sensitive Field-Effect Capacitors with Ultrathin Ta2O5 Films Prepared by Atomic Layer Deposition // Phys. Status Solidi A. 2022. V. 219. Iss. 8. P. 2100660, 9 p. https://doi.org/10.1002/pssa.202100660
  6. Cho K., Lee J., Lim J.-S. et al. Low temperature crystallized Ta2O5/Nb2O5 bi-layers integrated into RIR capacitor for 60 nm generation and beyond // Microelectronic Engineering. 2005. V. 80. P. 317–320. https://doi.org/10.1016/j.mee.2005.04.032
  7. Störmer H., Weber A., Fischer V. et al. Anodically formed oxide films on niobium: Microstructural and electrical properties // Journal of the European Ceramic Society. 2009. V. 29. Iss. 9. P. 1743–1753. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2008.10.019
  8. Atanassova E., Paskaleva A., Novkovski N. Effects of the metal gate on the stress-induced traps in Ta2O5/SiO2 stacks // Microelectronics Reliability. 2008. V. 48. Iss. 2. P. 514–525. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2013.10.008
  9. Воробьев Г.А., Мухачев В.А. Пробой тонких диэлектрических пленок. М.: Сов. Радио, 1977. 72 с.
  10. McCaughan D.V., Heiling J.A. Dielectric strength and interface-state behaviour of oxygen plasma-grown SiO2 films annealed at high temperature // Int. J. Electron. 1973. V. 34. № 3. P. 737–740. https://doi.org/10.1080/00207217308938492
  11. Дель›Ока С., Пулфри Д., Юнг Л. Анодные окисные пленки. В кн. “Физика тонких пленок. Современное состояние исследований и технические применения”. Т. 6 / под общ. ред. М.X. Франкомба, Р.У. Гофмана; пер. с англ. под ред. В.Б. Сандомирского. М.: Мир, 1973. 392 с.
  12. Алешина Л.А. Исследование анодных окисных пленок Nb2O5 и Та2О5 методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей // В сб. “Анодные окисные пленки”, Петрозаводск, 1978. C. 30–35.
  13. Прокопчук К.М. Некоторые закономерности пробоя анодных пленок в системе металл—окисел—металл // В сб. “Анодные окисные пленки”. Петрозаводск, 1978. С. 150–157.
  14. Одынец Л.Л., Чекмасова С.С. Дефекты в анодных окисных пленках на тантале // Электронная техника. Сер. 5. Радиодетали и радиокомпоненты. 1976. Вып. 6 (19). С. 29.
  15. Букацелло А.В., Васильев М.С., Канабеева М.Г. Исследование дефектности пленок пятиокиси ниобия и ее влияния на электрические свойства ниобиевых тонкопленочных конденсаторов // Известия ЛЭТИ. 1976. Вып. 185. С. 64.
  16. Sato A., Sato Sh., Okamoto E. Thin Film SiO2 Deposition by RF Sputtering onto the Anodic Ta2O5 Film // Shinku. 1975. V. 18. Nо. 7. С. 231–235.
  17. Sato Sh., Sato A., Okamoto E. An SiO2—Ta2O5 Thin Film Capacitor // IEEE Transactions on Parts, Hybrids, and Packaging. 1973. V. 9. No. 3. P. 161–166. https://ieeexplore.ieee.org/document/1136730
  18. Hanbya B., Stuarta B., Gimeno-Fabra M. et al. Layered Al2O3—SiO2 and Al2O3—Ta2O5 thin-film composites for high dielectric strength, deposited by pulsed direct current and radio frequency magnetron sputtering // Applied Surface Science. 2019. V. 492. P. 328–336. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.06.202
  19. Алесковский В.Б. Химическая сборка материалов // Вестн. АН СССР. 1975. № 6. С. 48–52.
  20. Ежовский Ю.К., Михайловский С.В. Молекулярное наслаивание оксидных наноструктур на поверхности металлических матриц // Микроэлектроника. 2022. Т. 51. № 2. С. 110–117.
  21. Suntola T. Atomic Layer Epitaxy // Mater. Sci. Rep. 1989. V. 4. Iss. 5. P. 261–312. https://doi.org/10.1016/S0920-2307(89)80006-4
  22. Ahvenniemi E., Akbashev A.R., Ali S. et al. Review article: recommended reading list of early publications on atomic layer deposition — outcome of the “Virtual project on the history of ALD” // J. Vac. Sci. Technol. 2017. V. 35. Iss. 1. P. 010801. 13 p. https://doi.org/10.1116/1.4971389
  23. Малыгин А.А., Малков А.А., Михайловский С.В. и др. Оптимизация свойств неорганических каталитических мембран с использованием нанотехнологии молекулярного наслаивания // Российские нанотехнологии. Т. 5. № 3–4. С. 5–10.
  24. Ежовский Ю.К. Получение наноструктурных пленок оксида и нитрида кремния с использованием нанотехнологии // Неорган. матер. 2013. Т. 49. № 9. C. 971–975.
  25. Ежовский Ю.К. Химическая сборка поверхностных наноструктур // Хим. физика. 2005. Т. 24. № 4. С. 36–57.
  26. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 1 / под ред. Ю. В. Корицкого и др. 3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1986. 368 с.
  27. Knapas K., Rahtu A., Ritala M. Etching of Nb2O5 Thin Films by NbCl5 // Chemical Vapor Deposition. 2009. V. 15. Iss. 10–12. P. 269–273. https://doi.org/10.1002/cvde.200906795
  28. Elers K.-E., Ritala M., Leskeli M., Rauhala E. NbCl5 as a precursor in atomic layer epitaxy // Applied Surface Science. 1994. V. 82–83. P. 468–474. https://doi.org/10.1016/0169-4332(94)90260-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изменение удельной емкости МДМ-структур от толщины аддитивного слоя d2 для структур (Nb2O5+SiO2): 1–4 — экспериментальные кривые для толщин основного диэлектрика (Nb2O5) d1 = 100, 150, 200 и 250 нм соответственно; 1а—4а — расчетные кривые для тех же толщин

Скачать (145KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние толщины аддитивного слоя d2 на тангенс угла диэлектрических потерь: прямые 1, 2 — (Ta2O5 + SiO2); 3, 4 — (Nb2O5 + SiO2); 1, 3 — d1 = 250 нм; 2, 4 — d1 = 100 нм

Скачать (76KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость пробивной напряженности поля от числа микропробоев в структурах с однослойным (1, 3) и двухслойным (2, 4) диэлектриком толщиной d2 = 4 нм: 1 — Nb2O5; 2 — (Nb2O5+SiO2); 3 — Ta2O5; 4 — (Ta2O5+SiO2)

Скачать (110KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость электрической прочности от толщины анодного диэлектрика для структур Ta/Ta2O5/SiO2/Au (a) и Nb/Nb2O5/SiO2/Au (б); кривые: 1 — d2 = 0; 2 — d2 = 3 нм; 3 — d2 = 5 нм; 4 — d2 = 7,5 нм

Скачать (175KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024