ZAK AD BADANIA STRUKTUR MOS

Transkrypt

1 ZAK AD BADANIA STRUKTUR MOS Kierownik:doc. dr hab. in. Henryk M. PRZEW OCKI tel. (0-prefiks-22) , fax Zespó³: doc. dr hab. in. Andrzej Kassur, dr in. Andrzej Kud³a, dr in. Tomasz Gutt, mgr in. Danuta Lis, mgr in. Witold Rzodkiewicz, mgr in. Krzysztof Piskorski, in. Marek Leœko, Osoby wspó³pracuj¹ce: doc. dr in. Lech Borowicz, mgr in. Danuta Brzeziñska, Zbigniew Sawicki 1. Realizowane projekty badawcze W Zak³adzie Badania Struktur MOS realizowano w 2003 r. nastêpuj¹ce tematy: Rozwój teorii zjawisk fotoelektrycznych w strukturach MOS i jej zastosowanie do opracowania nowych metod pomiaru. Etap II (temat statutowy nr ), Badanie sprê ystych i niesprê ystych odkszta³ceñ uk³adu Si-SiO 2 oraz ich wp³ywu na elektryczne i optyczne parametry struktur MOS (projekt badawczy KBN nr 4 T11B 02222), Fotoelektryczne badania podstawowych parametrów fizycznych struktur MOS z bramkami o niskiej transmisji optycznej (projekt badawczy KBN nr 4 T11 B 00725), System pomiarowy do badañ struktur pó³przewodnikowych nowej generacji (projekt inwestycyjny KBN nr ). 2. Wspó³praca badawcza z partnerami W 2003 r. w Zak³adzie podjêto decyzjê zmiany g³ównych kierunków wspó³pracy naukowo-badawczej, zw³aszcza wspó³pracy z miêdzynarodowymi oœrodkami badawczymi. Potrzeba takiej reorientacji wynik³a z zakoñczenia dzia³alnoœci Amerykañsko-Polskiego Funduszu im. Marii Sk³odowskiej-Curie, w ramach którego Zak³ad owocnie wspó³pracowa³ z Duke University w USA (grupa prof. H. Z. Massouda), oraz z faktu akcesji Polski do Unii Europejskiej. Jednoczeœnie kontynuowano i rozszerzano wspó³pracê z Instytutem Mikroelektroniki i Optoelektroniki

2 2 Zak³ad Badania Struktur MOS Politechniki Warszawskiej (IMiO PW), Instytutem Fizyki PAN (IF PAN) oraz z zak³adami ITE. Nawi¹zano wspó³pracê z nastêpuj¹cymi europejskimi oœrodkami badawczymi: Department of Microtechnology (MC2), Chalmers University of Technology w Göteborgu (Szwecja) grupa prof. Olofa Engstroma, Institute of Microelectronics, Electromagnetism and Photonics (IMEP) w Grenoble (Francja) grupa prof. Sorina Cristoloveanu, MESA Research Institute, University of Twente (Holandia) grupa prof. Jurriaana Schmitza, Department of Physics, University of Leuven (Belgia) grupy prof. Andre Stesmansa i prof. Valery ego Afanasieva. Prof. O. Engstrom dwukrotnie odwiedzi³ Instytut i wspólnie z pracownikami naszego Zak³adu przeprowadzi³ pomiary struktur MOS wykonanych z SiC. Wykorzystuj¹c wyniki tych wstêpnych badañ, opracuje on nowe struktury MOS-SiC, które bêd¹ badane w Zak³adzie. Prof. Engstrom zaprosi³ prof. M. Kaniewsk¹ z Zak³adu Podstawowych Problemów Elektroniki do swego laboratorium w Göteborgu w celu wykonania pomiarów DLTS. Wynik tych pomiarów jest interesuj¹cy dla obu stron. Prof. S. Cristoloveanu jest bardzo zainteresowany opracowaniem skutecznej elipsometrycznej metody badania struktur SOI. Na dostarczonych przez niego próbkach zaawansowanych struktur SOI bêd¹ badane mo liwoœci opracowania takiej metody. Prof. J. Schmitz okaza³ wielk¹ pomoc w pracach nad systemem do pomiarów impedancji struktur MOS w zakresie wielkich czêstotliwoœci. Jest tak e zainteresowany dalsz¹ wymian¹ informacji na ten temat. Mimo e wspó³praca z Duke University zosta³a formalnie zakoñczona, nadal s¹ prowadzone analizy otrzymanych wczeœniej wyników badañ eksperymentalnych. Przynosz¹ one wiele interesuj¹cych i wa nych wniosków, które zosta³y opublikowane m. in. we wspólnych opracowaniach i wyst¹pieniach konferencyjnych [P15 P20], [P23], [K13], [K14]. Zak³ad wspó³pracuje na szerok¹ skalê z wieloma oœrodkami naukowymi w kraju i zagranic¹ w dziedzinie elipsometrii. Kontynuowana jest wspó³praca z firm¹ LOT-ORIEL GmbH (Niemcy). Efektem tej wspó³pracy by³y m. in. dwa referaty zaproszone na Woollam Ellipsometry Seminar w Darmstadt [K4], [K16]. Wykonano obszerny program badañ elipsometrycznych ró nych struktur we wspó³pracy z zak³adami ITE: Fizyki i Technologii Struktur Niskowymiarowych; Technologii Struktur Pó³przewodnikowych dla Fotoniki oraz Badañ Materia³ów i Struktur Pó³przewodnikowych ITE, a tak e z IMiO PW, IF PAN, Centrum Badañ Wysokociœnieniowych PAN Unipress oraz na zlecenie Politechniki Œl¹skiej. Zak³ad Badania Struktur MOS, wspólnie z wymienionymi wczeœniej oœrodkami naukowymi, podj¹³ inicjatywê utworzenia Europejskiej Sieci Doskona³oœci (Network of Excellence) w zakresie charakteryzacji zaawansowanych przyrz¹dów dla mikroelektroniki (Methods for Characterizing Advanced Microelectronics Devices

3 Zak³ad Badania Struktur MOS 3 and Emerging Innovative Semiconductor Structures). Uczestnicy tego przedsiêwziêcia prowadz¹ rozmowy z instytutami, uniwersytetami i firmami, których udzia³ w stworzeniu Europejskiej Sieci Doskona³oœci zosta³ uznany za celowy. W pierwszej po³owie 2004 r., po ustaleniu ostatecznego sk³adu konsorcjum i programowego zakresu jego dzia³ania, zostan¹ opracowane dokumenty, które bêd¹ z³o one w Komisji Europejskiej w celu utworzenia Sieci Doskona³oœci w ramach programu FP6 Unii Europejskiej. 3. Uzyskane wyniki 3.1. Charakterystyka prac Opracowana w latach nowa teoria zjawisk fotoelektrycznych w strukturach MOS umo liwi³a stworzenie i zastosowanie kilku wysokoprecyzyjnych metod pomiaru parametrów tych struktur. Zakres zastosowañ nowych metod zosta³ znacznie rozszerzony w latach dziêki uruchomieniu stanowiska do badañ fotoelektrycznych wykorzystuj¹cego laserowe Ÿród³o promieniowania UV. Stanowisko to umo liwia zarówno wykonywanie pomiarów fotoelektrycznych struktur MOS z bramkami o ma³ej transmisji optycznej (grube bramki metaliczne, bramki krzemowe), jak i badanie rozk³adu lokalnych wartoœci parametrów w p³aszczyÿnie x,y powierzchni bramki, np. badanie rozk³adu wspó³czynnika MS (x,y). Wyniki tych badañ przedstawiano wielokrotnie na forum miêdzynarodowym, m. in. w pracach [P5 P9], [P11 P20], [P22], [P23], [P26], [P27], [K6], [K7], [K12 K14], [K17]. Postêp w badaniach fotoelektrycznych prowadzonych w Zak³adzie polega³ przede wszystkim na udoskonaleniu aparatury pomiarowej, okreœleniu zakresu zastosowania i ograniczeñ metod pomiarowych oraz szczegó³owym badaniu rozk³adów MS (x,y) w ró nych strukturach MOS. W 2003 r. podjêto próby wyjaœnienia przyczyn charakterystycznego rozk³adu lokalnych wartoœci MS w p³aszczyÿnie powierzchni bramki. Uwzglêdniaj¹c z³o ony charakter odkszta³ceñ i zmian gêstoœci zachodz¹cych w warstwie SiO 2 struktury MOS, przyst¹piono do prób doœwiadczalnego okreœlenia zale noœci, jaka zachodzi pomiêdzy gêstoœci¹ warstwy SiO 2 a jej wspó³czynnikiem za³amania n. Aby sprostaæ coraz wiêkszym wymaganiom stawianym przed metodami pomiarowymi, a wynikaj¹cym z postêpu w technologii struktur MOS, zaprojektowano i skompletowano stanowisko pomiarowe, a nastêpnie przyst¹piono do opracowania metody pomiaru impedancji tych struktur w szerokim zakresie czêstotliwoœci ( =40Hz 110 MHz). Wa nym kierunkiem prac w 2003 r. by³ tak e rozwój i wszechstronne wykorzystanie metod elipsometrycznych. W tej dziedzinie dokonano zarówno ulepszeñ stosowanych metod badawczych, jak i zrealizowano szeroki program pomiarów niezbêdnych

4 4 Zak³ad Badania Struktur MOS w badaniach prowadzonych w Zak³adzie oraz w badaniach wykonywanych we wspó³pracy z innymi zak³adami ITE i z jednostkami naukowymi spoza Instytutu Realizacja zadañ oraz dyskusja wyników Rozwój fotoelektrycznych metod badania struktur MOS Opracowana i uruchomiona w Zak³adzie laserowa metoda pomiarowa oraz aparatura do badañ fotoelektrycznych struktur MOS umo liwia: prowadzenie pomiarów fotoelektrycznych struktur MOS z grubymi bramkami metalowymi (np. aluminiowymi gruboœci t Al 1 m) oraz struktur MOS z bramkami polikrzemowymi gruboœci t Si 0,5 m, prowadzenie badañ rozk³adu parametrów struktur MOS (np. wspó³czynnika MS ) w p³aszczyÿnie powierzchni bramki struktur MOS. Dotychczas adne inne laboratorium na œwiecie nie ma mo liwoœci wykonywania takich pomiarów. Informacje o osi¹gniêciach Zak³adu w tej dziedzinie zosta³y opublikowane w pracach [P5 P7], [P15 P20], [P23], [K6], [K7], [K13], [K14]. W 2003 r. badania koncentrowa³y siê przede wszystkim na: doskonaleniu aparatury do pomiarów fotoelektrycznych z wykorzystaniem lasera UV, okreœleniu zakresu stosowalnoœci i ograniczeñ fotoelektrycznych metod pomiarowych, badaniu rozk³adów lokalnych wartoœci wspó³czynnika MS w p³aszczyÿnie powierzchni bramki struktury MOS Doskonalenie aparatury do pomiarów fotoelektrycznych z wykorzystaniem lasera UV W u ywanej w Zak³adzie aparaturze do pomiarów fotoelektrycznych wykorzystuje siê laser Innova 90 z podwajaczem czêstotliwoœci FreD. W 2003 r. dokonano wielu udoskonaleñ i szczegó³owej charakteryzacji tej aparatury. W szczególnoœci: poprawiono parametry optyczne uk³adu wytwarzania i kszta³towania strumienia UV, opracowano sposób regulacji mocy strumienia UV, opracowano metodê i dokonano pomiarów œrednic plamki promieniowania UV, opracowano i uruchomiono sterowany komputerem stolik x-y o rozdzielczoœci 2 m wraz z oprogramowaniem pomiarowym. Obecnie moc strumienia UV na wyjœciu z lasera wynosi do 100 mw ( = 244 nm) i jest zgodna z danymi katalogowymi. Uk³ad kszta³towania strumienia UV (zwierciad³a i ekspander) ma sprawnoœæ ok. 16% (dla = 244 nm) i umo liwia ukszta³towanie plamki o œrednicy minimalnej d min =24 28 m (przewiduje siê mo liwoœæ dalszego zmniejszenia œrednicy plamki). Moc w plamce jest regulowana za pomoc¹ œruby pionowego po³o enia kryszta³u w zakresie P =30 W 10 mw.

5 Zak³ad Badania Struktur MOS Okreœlenie zakresu stosowalnoœci i ograniczeñ fotoelektrycznych metod pomiarowych Opracowana w Zak³adzie fotoelektryczna metoda pomiaru efektywnej kontaktowej ró nicy potencja³ów (EKRP), zwanej tak e wspó³czynnikiem MS, umo liwia okreœlanie tego parametru z dok³adnoœci¹ 10 mv. EKRP w strukturach MOS jest znan¹ funkcj¹ ró nicy wysokoœci barier potencja³u na powierzchni granicznej bramka-dielektryk (E BG ) i na powierzchni granicznej pó³przewodnik-dielektryk (E BS ). Czêsto w praktyce zachodzi potrzeba okreœlenia indywidualnych wysokoœci barier E BG i/lub E BS, a nie tylko wartoœci MS, która jest znan¹ funkcj¹ ich ró nicy: MS = = f(e BG E BS ). Jednak dok³adnoœæ stosowanych dotychczas metod pomiaru wysokoœci barier E BS i E BG jest znacznie gorsza ni dok³adnoœæ pomiaru MS. Ocenia siê j¹ na ±100 mv. W celu do okreœlenia przyczyn tak niezadowalaj¹cej dok³adnoœci i ewentualnej jej poprawy wykonano seriê pomiarów wartoœci E BG i E BS trzema metodami: metod¹ Powella, zmodyfikowan¹ metod¹ Powella (zwan¹ metod¹ WSBF), metod¹ Fowlera. Pomiary wykonano na strukturach, na których mierzono tak e wartoœæ MS metod¹ fotoelektryczn¹. Porównywano wartoœci MS okreœlone metod¹ fotoelektryczn¹ (uznawane za dok³adnie okreœlon¹ wartoœæ MS ) z wartoœciami MS obliczonymi z ró nicy wysokoœci barier E BG E BS, okreœlonych trzema ww. metodami. Stwierdzono e g³ównymi przyczynami niedok³adnoœci pomiaru wysokoœci barier mog¹ byæ: niew³aœciwy wybór zakresu punktów pomiarowych uwzglêdnianych w procesie ekstrapolacji, niew³aœciwy wybór wartoœci wspó³czynnika p. W wyniku tych badañ ustalono, e najmniejszy b³¹d w ocenie E BG i E BS otrzymuje siê przy za³o eniu p = 2,8 w pomiarach E BG i p = 3 w pomiarach E BS. Stwierdzono tak e, e spoœród zastosowanych metod bardziej dok³adne okreœlenie wysokoœci barier umo liwia metoda Fowlera. Zestaw metod pomiaru indywidualnych wysokoœci barier zostanie wkrótce uzupe³niony o metodê opart¹ na pomiarze pr¹dów Fowlera-Nordheima z pobudzaniem fotonowym. Rosn¹ce znaczenie badañ fotoelektrycznych struktur MOS przy zastosowaniu strumienia œwiat³a UV, którego œrednica jest ma³a w porównaniu do rozmiarów bramki (tzw. pomiary ma³¹ plamk¹), stwarza koniecznoœæ dok³adnego okreœlenia w³aœciwoœci i ograniczeñ zastosowania tej metody. W tym celu przeprowadzono badania zarówno na strukturach Al-SiO 2 -Si o gruboœci bramki t Al = 35 nm (tzw. cienka bramka aluminiowa), jak i na analogicznych strukturach z bramk¹ gruboœci t Al = 400 nm (tzw. gruba bramka aluminiowa). Przedstawimy najwa niejsze wyniki tych badañ.

6 6 Zak³ad Badania Struktur MOS Badania wydajnoœci kwantowej fotoemisji w zale noœci od gêstoœci mocy w strumieniu UV Przy wykonywaniu pomiarów ma³¹ plamk¹ trzeba odpowiedzieæ na pytanie, czy wielkie gêstoœci mocy w strumieniu UV, z jakimi mamy tu do czynienia, nie powoduj¹ lokalnych zmian w³aœciwoœci (uszkodzeñ?) badanych struktur. W szczególnoœci nasuwa siê pytanie, czy wielka gêstoœæ mocy w plamce nie powoduje znacznego wzrostu temperatury naœwietlanego miejsca, zmieniaj¹cego lokalnie wydajnoœæ kwantow¹ fotoemisji. W celu uzyskania odpowiedzi na to pytanie wykonano obszerne badanie fotopr¹dów uzyskiwanych przy ró nych œrednicach strumienia UV i ró nej mocy strumienia. Badania te wykonano zarówno dla struktur z cienk¹, jak i z grub¹ bramk¹ aluminiow¹. Stwierdzono, e zale noœæ gêstoœci fotopr¹du I [A/cm 2 ] od gêstoœci mocy G [W/cm 2 ] w strumieniu UV jest liniowa w bardzo szerokim zakresie G. Dla struktur z cienk¹ bramk¹ aluminiow¹ liniowoœæ ta wystêpuje w zakresie piêciu rzêdów wielkoœci gêstoœci mocy dla G = (0, ) W/cm 2, podczas gdy dla struktur z grub¹ bramk¹ aluminiow¹ liniowoœæ zale noœci I(G) obserwowano w zakresie G = = (0,1 1000) W/cm 2. Wydajnoœæ kwantowa okreœlona dla badanych struktur wynosi Y (c.al) dla struktur z cienk¹ bramk¹ aluminiow¹ i Y (gr.al) 5, dla struktur z grub¹ bramk¹ aluminiow¹. Wydajnoœci te zachowuj¹ niemal sta³¹ wartoœæ w podanych zakresach gêstoœci mocy. Badanie wp³ywu d³ugotrwa³ego naœwietlania struktur strumieniem UV na wartoœæ napiêcia zerowego fotopr¹du V G 0 Badanie to przeprowadzono w celu okreœlenia stopnia w jakim pomiar fotoelektryczny mo e zmieniæ w³aœciwoœci badanej struktury. Pomiar V 0 G wielokrotnie powtarzano w tym samym miejscu na bramce struktury MOS, stosuj¹c du e gêstoœci mocy w strumieniu UV. W ten sposób testowano wiele struktur z badanej partii Mass5. Okaza³o siê, e ich silne napromieniowanie powoduje nieznaczny wzrost 0 wartoœciv G w funkcji zaaplikowanej dawki promieniowania UV. Stwierdzono, e zmiana wartoœciv 0 G miêdzy pierwszym i drugim pomiarem (przy du ych gêstoœciach mocy) nigdy nie przekroczy³a 5 mv, a wartoœæ V 0 G uzyskana w wyniku wielokrotnie wykonywanych pomiarów przy du ych gêstoœciach mocy nie przekroczy³a 30 mv Badania rozk³adów lokalnych wartoœci wspó³czynnika MS w p³aszczyÿnie powierzchni bramki struktury MOS Jak ju wspomniano, badania lokalnych wartoœci wspó³czynnika MS metodami fotoelektrycznymi umo liwi³y po raz pierwszy w historii badañ struktur MOS

7 Zak³ad Badania Struktur MOS 7 eksperymentalne wykazanie, e wspó³czynnik MS ma charakterystyczny rozk³ad w p³aszczyÿnie x,y powierzchni bramki aluminiowej. Rozk³ad ten charakteryzuje siê najwy szymi wartoœciami MS w œrodku kwadratowej bramki, ni szymi wartoœciami w pobli u krawêdzi i najni szymi wartoœciami w pobli u naro y bramki. Najbardziej prawdopodobn¹ przyczyn¹ takiego rozk³adu jest rozk³ad naprê eñ mechanicznych w p³aszczyÿnie x,y powierzchni bramki. W 2003 r. wykonano wiele badañ rozk³adów MS (x,y) dla struktur MOS pochodz¹cych z ró nych partii z bramkami aluminiowymi o ró nych gruboœciach i powierzchniach. Badania te potwierdzi³y wystêpowanie charakterystycznego rozk³adu MS (x,y) w p³aszczyÿnie powierzchni bramki. Rozk³ad wartoœci lokalnych MS (x,y) wp³ywa tak e na rozk³ad lokalnych wartoœci napiêcia wyprostowanych pasm V FB (x,y), co potwierdzono w wyniku niezale nie przeprowadzonych badañ elektrycznych (metod¹ okreœlania V FB z charakterystyk pojemnoœciowo-napiêciowych C(V)). Opracowano tak e model rozk³adów MS (x,y) i V FB (x,y). Otrzymane eksperymentalnie rozk³ady s¹ zgodne z rozk³adami obliczonymi na podstawie modelu. W celu okreœlenia rozk³adów MS (x,y) iv FB (x,y) w strukturach MOS z bramk¹ krzemow¹ w listopadzie 2003 r. rozpoczêto badania specjalnie zaprojektowanej partii struktur próbnych. Struktury te zosta³y wykonane w Zak³adzie Technologii Mikrosystemów i Nanostruktur Krzemowych. Wyniki badañ przeprowadzonych opisano szczegó³owo w pracach [P5 P7], [P15 P20], [P23], [K6], [K7], [K13], [K14] Próby okreœlenia przyczyn nierównomiernego rozk³adu wartoœci wspó³czynnika MS w p³aszczyÿnie powierzchni bramki Jak ju wspomniano, najbardziej prawdopodobn¹ przyczyn¹ nierównomiernego rozk³adu wartoœci lokalnych MS w p³aszczyÿnie powierzchni bramki struktur Al-SiO 2- Si jest nierównomierny rozk³ad naprê eñ mechanicznych w tej p³aszczyÿnie. Nie ma jednak na to bezpoœrednich dowodów doœwiadczalnych, poniewa nie dysponujemy obecnie adn¹ metod¹ okreœlania rozk³adu naprê eñ mechanicznych na powierzchni bramki pojedynczej struktury MOS. Postanowiono wykonaæ eksperyment, którego wynik powinien byæ albo potwierdzeniem, albo zaprzeczeniem przypuszczalnej przyczyny nierównomiernego rozk³adu wartoœci MS. Eksperyment opiera siê na nastêpuj¹cym rozumowaniu. Mo na wykazaæ, e naprê enia mechaniczne w uk³adzie Al-SiO 2 -Si zmieniaj¹ siê w funkcji temperatury. Jeœli zatem rozk³ad MS (x,y) iv FB (x,y) zale y od rozk³adu naprê eñ (x,y), to jak wynika z prac [P16] i [P17] kszta³t przebiegu zale noœci V FB = f(r), gdzie R jest stosunkiem obwodu do powierzchni bramki, powinien siê zmieniaæ wraz ze zmian¹ temperatury. Dlatego wykonano pomiary zale noœci V FB (R) dla temperatury T = 40, 80, 120 i 160 o C, a obecnie przygotowuje siê pomiar V FB w zakresie wy szych temperatur (do T 300 o C). W uzyskanych dotychczas przebiegach V FB (R) dla

8 8 Zak³ad Badania Struktur MOS temperatury T = (40 160) o C nie obserwuje siê znacz¹cej zmiany kszta³tu w funkcji temperatury, wystêpuj¹ natomiast istotne przesuniêcia (niemal równoleg³e) wynikaj¹ce ze zmiany po³o enia poziomu Fermiego F (T), zmiany koncentracji samoistnej w krzemie n i (T) oraz prawdopodobnie tak e ze zmiany wartoœci ³adunku pu³apek Q it na powierzchni granicznej Si-SiO 2. Eksperyment ten bêdzie kontynuowany z zastosowaniem wy szych temperatur T 160 o C, po dokonaniu niezbêdnych zmian i uzupe³nieñ w aparaturze i oprogramowaniu Próby bezpoœredniego pomiaru gêstoœci warstw SiO 2 na pod³o ach krzemowych Silny wp³yw stopnia zagêszczania warstwy SiO 2 na parametry elektryczne struktur MOS sk³ania do poszukiwania wystarczaj¹co dok³adnych i prostych w zastosowaniach laboratoryjnych metod jego oceny. Tak¹ metod¹ móg³by byæ dok³adny pomiar wspó³czynnika za³amania n badanej warstwy SiO 2 (metod¹ elipsometryczn¹), a nastêpnie obliczenie gêstoœci warstwy na podstawie zmierzonej wartoœci n, jako e zgodnie z teori¹ Lorentza-Lorenza (LL) istnieje jednoznaczna zale noœæ miêdzy gêstoœci¹ substancji a jej wspó³czynnikiem za³amania. Jak jednak wynika z badañ eksperymentalnych, zale noœæ n = f( ) dana teori¹ LL nie jest dok³adnie spe³niona w przypadku warstw SiO 2 i ró ni autorzy podaj¹ ró ne jej postaci. W zwi¹zku z tym podjêto próby dok³adnego eksperymentalnego okreœlenia zwi¹zku miêdzy gêstoœci¹ (okreœlon¹ metod¹ wagow¹) a wspó³czynnikiem za³amania n (okreœlonym metod¹ elipsometryczn¹) warstw SiO 2 na pod³o ach krzemowych. Metoda wagowa okreœlania gêstoœci polega w tym przypadku na okreœleniu masy m warstwy SiO 2 i podzieleniu jej przez znan¹ objêtoœæ V warstwy. Masê m okreœla siê jako ró nicê miêdzy okreœlonymi wagowo masami M1 p³ytki utlenionej i M2 p³ytki ze zdjêt¹ warstw¹ SiO 2. Zakoñczenie tego eksperymentu przewiduje siê w I kwartale 2004 r Uruchomienie aparatury i wdro enie nowej metody elektrycznych pomiarów struktur MOS z bardzo cienk¹ warstw¹ dielektryka W 2003 r. opracowano koncepcjê stanowiska pomiarowego do elektrycznych badañ struktur MOS z ultracienk¹ warstw¹ dielektryka. Uwzglêdniono w niej obecne trendy rozwoju konstrukcji i technologii struktur MOS oraz potrzeby pomiarowe Zak³adu na najbli sze lata. Koncepcjê ta jest realizowana w ramach projektu inwestycyjnego KBN pt.: System pomiarowy do badania struktur pó³przewodnikowych nowej generacji. W Zak³adzie jest instalowany system pomiarowy do badania parametrów impedancyjnych struktur MOS w szerokim zakresie czêstotliwoœci. System ten zintegruje u ytkowany ju system PKG 82 (Keithley USA) z nowym zespo³em urz¹dzeñ

9 Zak³ad Badania Struktur MOS 9 pomiarowych, umo liwiaj¹c w ten sposób prowadzenie pomiarów w zakresie od charakterystyk quasi-statycznych a do charakterystyk w.cz. zdejmowanych sygna- ³em pomiarowym o czêstotliwoœci f = 110 MHz. Dodatkowo, w celu uzyskania mo liwoœci porównañ oraz g³êbszego zrozumienia uzyskiwanych wyników pomiarów, zainstalowano i przetestowano wstêpnie model fizyczny tranzystora MOS (MOS MODEL 11) opracowany w 2002 r. przez firmê Philips Electronics Badania struktur warstwowych metodami elipsometrii spektroskopowej Prace obejmowa³y zarówno doskonalenie metod elipsometrycznego badania z³o onych struktur warstwowych, jak i badania wielu ró nych struktur warstwowych. Wykonano je we wspó³pracy z innymi zak³adami ITE oraz z grupami badawczymi spoza Instytutu. W zakresie doskonalenia metod badañ elipsometrycznych nast¹pi³ dalszy postêp w dziedzinie zastosowania algorytmów genetycznych do analizy wyników pomiarów elipsometrycznych. Rozpoczêto tak e badania skutecznoœci zmodyfikowanej metody pomiaru gruboœci bardzo cienkich warstw tlenkowych, której zasadê opracowano w naszym Zak³adzie. Wybrane wyniki tych prac przedstawiono w pracach [P2], [P3], [K15]. Pomiary elipsometryczne by³y tak e intensywnie wykorzystywane w badaniach naprê eñ wystêpuj¹cych w termicznych warstwach SiO 2 na pod³o ach krzemowych oraz w badaniach zwi¹zków, jakie wystêpuj¹ miêdzy wartoœci¹ wspó³czynnika za³amania n a wartoœciami naprê eñ wystêpuj¹cych w warstwach SiO 2 i rodzajem zagêszczenia badanych warstw. Niektóre wyniki tych badañ przedstawiono w pracach [P8], [P9], [P24], [P26 P28], [K5], [K15], [K17]. We wspó³pracy z Zak³adem Fizyki i Technologii Struktur Niskowymiarowych wykonano badania warstw ITO, studni kwantowych i ró nych warstw tlenkowo- -azotowych. Niektóre wyniki tych badañ opublikowano w pracach [P30], [K18]. We wspó³pracy z Zak³adem Technologii Mikrosystemów i Nanostruktur Krzemowych wykonano pomiary cienkich, termicznych warstw SiO 2 wytwarzanych obecnie w tym Zak³adzie. We wspó³pracy z Zak³adem Technologii Struktur Pó³przewodnikowych dla Fotoniki badano ró ne warstwy pasywuj¹ce na powierzchni GaSb, warstwy ZrO, ZnO, SnO, ITO, TiO 2 oraz ró ne warstwy tlenków mieszanych. Czêœæ wyników tych badañ opisano w pracach [P4], [K4], [K9], [K10]. Wspólnie z Zak³adem Badañ Materia³ów i Struktur Pó³przewodnikowych (grupa prof. Misiuka) badano wp³yw wygrzewania krzemu pod wysokim ciœnieniem i w wysokiej temperaturze na ró ne jego w³aœciwoœci. Niektóre wyniki tych badañ znajduj¹ siê w pracach [P10], [P25], [K8], [K16]. Wspó³dzia³aj¹c z IMiO PW wykonano seriê badañ elipsometrycznych ró nych cienkich warstw tlenkowo-azotkowych oraz germanowo-wêglowych. Czêœæ wyników tych badañ przedstawiono w pracach [P1], [P29].

10 10 Zak³ad Badania Struktur MOS We wspó³pracy z IF PAN wykonano badania anizotropii próbek z InGaAs, których czêœæ opisano w referacie [K2]. Wykonano tak e badania warstw SiO 2 wytworzonych w Instytucie Technologiii Materia³ów Elektronicznych oraz badania kryszta³ów GaN wytworzonych w Centrum Badañ Wysokociœnieniowych Unipress. Na zlecenie Politechniki Œl¹skiej wykonano odp³atnie us³ugê badawczo- -rozwojow¹ polegaj¹c¹ na dokonaniu pomiarów elipsometrycznych gruboœci ró nych warstw krzemionkowych. PUBLIKACJE 2003 Publikacje [P1] BECK R. B., GIEDZ M., WOJTKIEWICZ A., KUD A A., JAKUBOWSKI A.: PECVD Formation of Ultrathin Silicon Nitride Layers for CMOS Technology. Vacuum 2003 vol. 70 no 2/3 s [P2] KUD A A.: Application of the Genetic Algorithms in Spectroscopic Ellipsometry. 3 rd Int. Conf. on Spectroscopic Ellipsometry, Wiedeñ, Austria, Program & Abstr. Profactor. [P3] KUD A A.: Application of the Genetic Algorithms in Spectroscopic Ellipsometry. Thin Solid Films (zg³.). [P4] KUD A A., PAPIS E., RZODKIEWICZ W., WAWRO E., SZADE P. J., WINIARSKI A.: Influence of Solvent in Sulphur Solution on Optical Properties of GaSb Surface. Woollam Ellipsometry Sem., LOT Oriel GmbH & Co. KG J. A. Woollam Co., Inc. Mat. konf. s USER: Lot-intern, Password: polarization, [P5] KUD A A., PRZEW OCKI H. M., BOROWICZ L., BRZEZIÑSKA D., RZODKIEWICZ W.: Photoelectrical Measurements of the Local Value of the Contact Potential Difference in the Metal Insulator Semiconductor MIS Structures. Thin Solid Films (zg³ ). [P6] KUD A A., PRZEW OCKI H. M., BRZEZIÑSKA D., BOROWICZ L.: Photoelectrical Measurements of the Local Values of the Effective Contact Potential Difference in the MOS Structure. Proc. of the IEEE 6 th Symp. "Diagnostics and Yield. Advanced Silicon Devices and Technologies for ULSI Era, Warszawa, (CD ROM). [P7] KUD A A., PRZEW OCKI H. M., BRZEZIÑSKA D., BOROWICZ L.: Photoelectrical Measurements of the Local Values of the Effective Contact Potential Difference in the MOS Structure. J.of Telecommun. a. Infor. Technol. (zg³.). [P8] KUD A A., PRZEW OCKI H. M., RZODKIEWICZ W., SAWICKI Z.: Application of Spectroscopic Ellipsometry to Determine Mechanical Stress in SiO 2 on Si Substrates. 3 rd Int. Conf. on Spectroscopic Ellipsometry, Wiedeñ, Austria, Program & Abstr. Profactor. [P9] KUD A A., PRZEW OCKI H. M., RZODKIEWICZ W., SAWICKI Z.: Application of Spectroscopic Ellipsometry to Determine Mechanical Stress in SiO 2 on Si Substrates. Thin Solid Films (zg³.). [P10] MISIUK A., JUNG W., SURMA B. H., KUD A A., WNUK A., GAWLIK G.: Effect of High Temperature-Pressure on Silicon Surface Layer in Si:H, He (Si:He) and Si:N. J. of Phys. a. Chem. Solid State 2003 vol. 4 nr 2 s

11 Zak³ad Badania Struktur MOS 11 [P11] PISKORSKI K., KUD A A., PRZEW OCKI H. M.: Ocena dok³adnoœci fotoelektrycznej metody Powella pomiaru wysokoœci barier w strukturach MOS. II Kraj. Konf. Elektroniki KKE 03, Ko³obrzeg, , Politechnika Koszaliñska. Mat. konf. T. II s [P12] PISKORSKI K., KUD A A., RZODKIEWICZ W., PRZEW OCKI H. M.: Comparison of the Barrier Height Measurements by the Powell Method with the Photoelectric Effective Contact Potential Difference Measurement Results. Proc. of the IEEE 6 th Symp. "Diagnostics and Yield", Warszawa, (CD ROM). [P13] PISKORSKI K., KUD A A., RZODKIEWICZ W., PRZEW OCKI H. M.: Comparison of the Barrier Height Measurements by the Powell Method with the Photoelectric Effective Contact Potential Difference Measurement Results. J. of Telecommun. a. Infor. Technol. (zg³ ). [P14] PORÊBSKI S., MACHALICA P., ZAJ C J., BOROWICZ L., KUD A A., PRZEW OCKI H. M.: Universal System for Photoelectric Characterization of Semiconductor Structures. IEE Proc.-Sci. Measur. Technol. July 2003 vol. 150 (4) s [P15] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., MASSOUD H.Z.: Distribution of the MS Factor Local Values over the Gate Area of MOS Structures. INFOS 2003 Barcelona, Hiszpania, INFOS 2003 Insulating Films on Semiconductors, 13 th Bi-annual Conf., Mat. konf. s. 1 2 (abstr.). [P16] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., MASSOUD H. Z.: Distribution of the MS Factor Local Values over the Gate Area of MOS Structures. INFOS 2003, Barcelona, Hiszpania, INFOS Insulating Films on Semiconductors, 13 th Bi-annual Conf., Mat. konf. s CD ROM. [P17] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., MASSOUD H. Z.: Variability of the Local MS Values over the Gate Area of MOS Devices. Proc. of the IEEE 6 th Symp. "Diagnostics and Yield", Warszawa, (CD ROM). [P18] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., MASSOUD H. Z.: Variability of the Local MS Values over the Gate Area of MOS Devices. J. of Telecommun. a. Infor. Technol. (zg³ ). [P19] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., MASSOUD H. Z.: Experimental Characterization of the Lateral Distribution of the Effective Contact Potential Difference over the Gate Area of Metal-Oxide-Semiconductor Structures. Appl. Phys. Lett. (zg³ ). [P20] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., MASSOUD H. Z.: A Simple Model of the Two-Dimensional Distribution of the Effective Contact-Potential Difference over the Gate Area of Metal-Oxide-Semiconductor Structures. J. of Appl. Phys. (zg³ ). [P21] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., LIS D., RZODKIEWICZ W., PISKORSKI K., SAWICKI Z.: Zak³ad Badania Struktur MOS. W: Sprawozdanie z dzia³alnoœci Instytutu Technologii Elektronowej w 2002 r. Warszawa, kwiecieñ 2003, s [P22] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., LIS D., RZODKIEWICZ W., PISKORSKI K., SAWICKI Z.: Department of MOS System Studies. W: Institute of Electron Technology. Scientific Activity Prace ITE 2003 z. 2 s [P23] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., BOROWICZ L., SAWICKI Z., MASSOUD H. Z.: The Lateral Distribution of the Effective Contact Potential Difference over the Gate Area of MOS Structures. Electron Technol. Internet J vol. 35 nr 6. [P24] RZODKIEWICZ W., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., SAWICKI Z., PRZEW OCKI H. M.: Wp³yw wygrzewania w atmosferze azotu na parametry elektryczne i optyczne struktur MOS. II Kraj. Konf. Elektroniki KKE 03, Ko³obrzeg, , Politechnika Koszaliñska. Mat. konf. T. 1 s

12 12 Zak³ad Badania Struktur MOS [P25] RZODKIEWICZ W., KUD A A., MISIUK A., RATAJCZAK J., PISKORSKI K., ULYASHIN A.: Microstructure and Optical Properties of Hydrogenated Cz-Silicon Treated at High Temperature-Pressure. Woollam Ellipsometry Sem., LOT Oriel GmbH & Co. KG J. A. Woollam Co., Inc. Mat. konf. s USER: Lot-intern, Password: polarization, /download/woollam/. [P26] RZODKIEWICZ W., KUD A A., SAWICKI Z., PRZEW OCKI H. M.: The Effects of Stress Annealing on the Electrical and the Optical Properties of MOS Devices. Proc. of the IEEE 6 th Symp. "Diagnostics and Yield", Warszawa, (CD ROM). [P27] RZODKIEWICZ W., KUD A A., SAWICKI Z., PRZEW OCKI H. M.: The Effects of Stress Annealing on the Electrical and the Optical Properties of MOS Devices. J. of Telecommun. a. Infor. Technol. (zg³ ). [P28] RZODKIEWICZ W., PRZEW OCKI H. M.: Effects of Stress Annealing on the Index of Refraction of SiO 2 Layers in MOS Devices. Proc. of SPIE, Lightmetry vol s [P29] SZMIDT J., GAZICKI-LIPMAN M., SZYMANOWSKI H., MAZURCZAK R., WERBOWY A., KUD A A.: Electrophysical Properties of Thin Germanium/Carbon Layers Produced on Silicon Using Organometallic Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Process. Thin Solid Films 2003 vol. 441 s [P30] WRZESIÑSKA H., ILKA L., WAWER D., HEJDUK K., KUD A A., BUGAJSKI M., USAKOWSKA E.: Investigation of Indium Thin Oxide (ITO) Films for the VCSEL Laser with Dielectric Bragg Reflectors. phys. status sol. (zg³.). Konferencje [K1] B K-MISIUK J., MISIUK A., SHALIMOV A., HÄRTWIG J., YASTRUBCZAK O., LISAKOWSKA E., RATAJCZAK J., KUD A A., PRUJSZCZYK M., JAGIELSKI J., GAWLIK G., ANTONOVA I. V., POPOV V. P.: Effect of High Pressure-Temperature on Semiconductors as Determined by X-Ray Diffraction and Complementary Methods. 10 th Int. Conf. on Defects Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors Drip X, Batz-sur-Mer, Francja, (plakat). [K2] YASTRUBCHAK O., WOSISIÑSKI T., DOMAGA A J., B K-MISIUK J., KUD A A.: X-Ray and Ellipsometric Study of Misfit Strain Anisotropy in Partially Related III-V Epitaxial Layers Optical and X-Ray Metrology for Advanced Device Materials Characterization. E-MRS 2003 Spring Meet., Strasburg, Francja, (abstr.). [K3] KUD A A.: Application of the Genetic Algorithms in Spectroscopic Ellipsometry. 3 rd Int. Conf. on Spectroscopic Ellipsometry, Wiedeñ, Austria, Program & Abstr. Profactor (plakat). [K4] KUD A A., PAPIS E., RZODKIEWICZ W., WAWRO E., SZADE P. J., WINIARSKI A.: Influence of Solvent in Sulphur Solution on Optical Properties of GaSb Surface. Woollam Ellipsometry Sem., Darmstadt, Niemcy, (ref.). [K5] KUD A A., PRZEW OCKI H. M., RZODKIEWICZ W., SAWICKI Z.: Application of Spectroscopic Ellipsometry to Determine Mechanical Stress in SiO 2 on Si Substrates. 3 rd Int. Conf. on Spectroscopic Ellipsometry, Wiedeñ, Austria, Program & Abstr. Profactor (plakat). [K6] KUD A A., PRZEW OCKI H. M., BOROWICZ L., BRZEZIÑSKA D., RZODKIEWICZ W.: Photoelectrical Measurements of the Local Value of the Contact Potential Difference in the Metal Insulator Semiconductor MIS Structures. E-MRS 2003 Spring Meet., Strasburg, Francja, (plakat). [K7] KUD A A., PRZEW OCKI H. M., BRZEZIÑSKA D., BOROWICZ L.: Photoelectrical Measurements of the Local Values of the Effective Contact Potential Difference in the MOS Structure. IEEE 6 th Symp. "Diagnostics and Yields, Warszawa, (plakat).

13 Zak³ad Badania Struktur MOS 13 [K8] MISIUK A., JUNG W., KUD A A., WNUK A., RATAJCZAK J., GAWLIK G.: Effect of High Temperature-Pressure on Silicon Surface Layer in Si:H, He (Si:He) and Si:N. IX Int. Conf. Physics and Technology of Thin Films, Jaremcza, Ukraina, (plakat, abs. s. 127). [K9] PAPIS E., PIOTROWSKA A., KAMIÑSKA E., PIOTROWSKI T. T., KRUSZKA R., GO ASZEWSKA K., KUD A A., RZODKIEWICZ W., UKASZEWICZ R., WAWRO A., PANKOWSKI P., SZADE J., WINIARSKI A.: Progress in Passivation of GaSb: The Role of Sulphur Source and Type of Solvent. III Int. Workshop on Semiconductor Surface Passivation SSP 03, Ustroñ, (plakat). [K10] PAPIS E., PIOTROWSKA A., KAMIÑSKA E., PIOTROWSKI T.T., KRUSZKA R., GO ASZEWSKA K., KUD A A., WAWRO A., SZADE J., WINIARSKI A.: The Properties of (100) GaSb Surface under Sulphur Treatment in Alcohol-Based Solutions. Europ. Vacuum Congress, Berlin, Niemcy, (plakat). [K11] PISKORSKI K., KUD A A., PRZEW OCKI H. M.: Ocena dok³adnoœci fotoelektrycznej metody Powella pomiaru wysokoœci barier w strukturach MOS. II Kraj. Konf. Elektroniki KKE 03. Ko³obrzeg, (kom.). [K12] PISKORSKI K., KUD A A., RZODKIEWICZ W., PRZEW OCKI H. M.: Comparison of the Barrier Height Measurements by the Powell Method with the Photoelectric Effective Contact Potential Difference Measurement Results. IEEE 6 th Symp. "Diagnostics and Yield", Warszawa, (plakat). [K13] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., MASSOUD H.Z.: Distribution of the MS Factor Local Values over the Gate Area of MOS Structures. INFOS 2003 Barcelona, Hiszpania, INFOS Insulating Films on Semiconductors, 13 th Bi-annual Conf., , s. 1 2 (ref.). [K14] PRZEW OCKI H. M., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., MASSOUD H. Z.: Variability of the Local MS Values over the Gate Area of MOS Devices. IEEE 6 th Symp. "Diagnostics and Yield", Warszawa, (ref. zapr.). [K15] RZODKIEWICZ W., KUD A A., BRZEZIÑSKA D., SAWICKI Z., PRZEW OCKI H. M.: Wp³yw wygrzewania w atmosferze azotu na parametry elektryczne i optyczne struktur MOS. II Kraj. Konf. Elektroniki KKE 03, Ko³obrzeg, (kom.). [K16] RZODKIEWICZ W., KUD A A., MISIUK A., RATAJCZAK J., PISKORSKI K., ULYASHIN A.: Microstructure and Optical Properties of Hydrogenated Cz-Silicon Treated at High Temperature-Pressure. Woollam Ellipsometry Sem., Darmstadt, Niemcy, (ref.). [K17] RZODKIEWICZ W., KUD A A., SAWICKI Z., PRZEW OCKI H. M.: The Effects of Stress Annealing on the Electrical and the Optical Properties of MOS Devices. IEEE 6 th Symp. "Diagnostics and Yield", Warszawa, (plakat). [K18] WRZESIÑSKA H., ILKA L., WAWER D., HEJDUK K., KUD A A., BUGAJSKI M., USAKOWSKA E.: Investigation of Indium Thin Oxide (ITO) Films for the VCSEL Laser with Dielectric Bragg Reflectors. E-MRS 2003 Fall Meet., Warszawa, (plakat).