Laboratories » Laboratory for Microstructuring and Submicron Devices

Основные направления исследований

Основные научные результаты

Основные результаты прикладных исследований

Патенты

Текущие проекты и гранты

Публикации за 2020—2021 гг.

 

Laboratory for Microstructuring and Submicron Devices Руководитель лаборатории – г.н.с., д.ф-м.-н. Константин Васильевич Руденко

 +7(499)129-56-08

rudenko@ftian.ru

 

 

Основные направления исследований

Физика и фундаментальные основы технологий нанотранзисторов ИС, наноструктур с низкой размерностью, интегральных приборов схем памяти вычислительно-информационных систем, полупроводниковых приборов THz электроники;

Физика и фундаментальные основы технологий для создания систем многоуровневой металлизации ультрабольших интегральных схем;

Новые технологии наноэлектроники с атомными масштабами точности: атомно-слоевое осаждение (ALD), атомно-слоевое травление (ALE), низковольтная плазменно-иммерсионная ионная имплантация (PIII, Plasma Doping);

Разработка новых широкоапертурных источников плотной низкотемпературной плазмы низкого давления для технологических применений в микро- и наноэлектронике;

Физические методы и средства мониторинга плазменных технологических процессов микро- и наноэлектроники (in situ) и разработка end-point детекторов на их основе

Основные научные результаты

  1. Выполнен цикл работ по исследованию in situ физико-химических процессов, протекающих на поверхности в низкотемпературной химически активной плазме в ходе формирования приборных структур микроэлектроники. Результаты легли в основу новых методов диагностики плазменно-технологических процессов и характеризации плазменных реакторов микроэлектроники на основе: оптической эмиссионнной спектроскопии и актинометрии плазмы, зондовой диагностики плазмы и процессов анизотропного травления структур, эллипсометрической диагностики in situ плазмохимического осаждения тонких пленок.
  2. Разработаны методы и математические алгоритмы эмиссионной томографии плазмы широкоапертурных источников в условиях предельно малого числа ракурсов.
  3. Впервые в России проведены исследования научных основ технологии высокодозовой плазменно-иммерсионной ионной имплантации (PIII) с большими ионными токами в суб-1 кэВ диапазоне энергий. Создана технология ультрамелкого легирования в нанотранзисторных структурах. Сформированы переходы стока/истока, при легировании кремния бором, с глубиной залегания от 4 до 10 нм (доза до 2х1015 см-2); исследованы перспективы 3D – легирования наноструктур методами PIII.
  4. Разработаны ключевые плазменные технологии наноэлектроники для формирования затворных HkMG-стеков МДП-нанотранзисторов c проектными нормами 28 нм с применением процессов плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения диэлектриков и металлов;
  5. Развиты методы криогенного плазмохимического процессинга для анизотропного глубокого травления кремния с рекордно низкой шероховатостью стенок микроструктур, для малоповреждающего структурирования современных Low-k диэлектриков систем металлизации УБИС;
  6. Разработаны научные основы плазмохимических методов структурирования, атомно-слоевого осаждения подзатворных диэлектриков и металлических затворов для нанотранзисторов с 3D-каналом (FinFET) для ультрабольших ИС с проектными нормами до 7 нм.

Основные результаты прикладных исследований

Разработка оригинальных широкоапертурных ЭЦР (ECR) и ВЧИ (ICP) источников плазмы (до 200 мм) для микроэлектронных технологий, имеющих латеральную однородность параметров плазмы в рабочей зоне до 98%, а также создание на их основе линейки полностью PC-автоматизированных плазменно-технологических установок исследовательского класса:

  • анизотропного травления (включая глубокое травление кремния) микро- и наноструктур;
  • плазмостимулированного осаждения тонких пленок диэлектриков;
  • установка низковольтной плазменно-иммерсионной ионной имплантации.

За разработку этих пилотных установок, демонстрировавшихся на специализированной выставке, коллектив разработчиков награжден золотой медалью ВВЦ.

Разработаны «умные» детекторы момента окончания технологических процессов (smart end-point detectors). В рамках работ были созданы специализированные исследовательские приборы диагностики на основе эмиссионной спектроскопии и автоматизированного зонда Ленгмюра.

Патенты

  1. Патент РФ RU 2248645. К.А. Валиев, А.А. Орликовский, К.В. Руденко, Ю.Ф. Семин, Я.Н. Суханов. Способ контроля момента окончания травления в плазме ВЧ- и СВЧ разряда в технологии изготовления полупроводниковых приборов и устройство для его осуществления., МКИ H01L 21/66 от 12.02.2003. Опубл. Бюлл. ФИПС №8 20.03.2005.
  2. Патент РФ RU 2248646. К.А. Валиев, А.А. Орликовский, К.В. Руденко, Ю.Ф. Семин, Я.Н. Суханов. Способ контроля плазмохимических процессов травления дифференциальной оптической актинометрией и устройство для его осуществления. Опубл. Бюлл. ФИПС №8 20.03.2005.
  3. Патент РФ RU 2504861. Вьюрков В.В., Кривоспицкий А.Д., Лукичев В.Ф., Окшин А.А., Орликовский А.А., Руденко К.В., Семин Ю.Ф. Способ изготовления полевого нанотранзистора с контактами Шоттки с укороченным управляющим электродом нанометровой длины. Опубл. Бюл. № 2 ФИПС 20.01.2014
  4. Патент РФ RU 165023 Гасенкова И.В., Лукичев В.Ф., Мухуров Н.И., Мяконьких А.В., Руденко К.В. Адсорбционно-резистивный газовый сенсор. Опубл. Бюл. № 27 ФИПС 27.09.2016.
  5. Патент РФ RU 2626392. В.В. Вьюрков, В.Ф. Лукичев, К.В. Руденко, Д.А. Свинцов, Ю.Ф. Семин. Туннельный нелегированный многозатворный полевой нанотранзистор с контактами Шоттки. Опубл. ФИПС Бюл. № 21 26.07.2017.
  6. Патент РФ RU 2691758. Аверкин С.Н., Антипов А.П., Лукичев В.Ф., Мяконьких А.В., Руденко К.В., Рылов А.А, Сёмин Ю.Ф. Способ анизотропного плазменного травления кремниевых микроструктур в циклическом двухшаговом процессе окисление-травление. Опубл. ФИПС Бюл. № 21 18.07.2019
  7. Патент РФ RU 2717157. Аверкин С.Н., Вьюрков В.В., Кривоспицкий А.Д., Лукичев В.Ф., Мяконьких А.В., Руденко К.В., Свинцов Д.А., Семин Ю.Ф. Способ изготовления туннельного многозатворного полевого нанотранзистора с контактами Шоттки. // Опубл. ФИПС Бюл. № 11 18.03.2020.

Текущие проекты и гранты

 Гос. Задание #FFNN-2022-0019 «Фундаментальные и поисковые исследования в области создания перспективной элементной базы наноэлектроники и ее ключевых технологий» 2022-2026 гг.

Гранты РФФФИ:

  • Исследование механизма формирования проводящих нитей в диэлектрических стеках на основе HfOx в мемристорах
  • Исследование методов анизотропного плазмохимического травления low-k слоев с защитой пористойструктуры материала
  • Исследование возможностей атомно слоевого травления структур микро- и наноэлектроники
  • Альтернативная технологическая схема и процессы формирования структур многоуровневой металлизации УБИС на основе меди и кобальта

Грант Президента РФ «Физические механизмы формирования микро- и наноструктур методом сухого электронно-лучевого травления резиста»

Публикации за 2020—2021 гг.

  1. O.Permyakova, A.V.Miakonkikh, K.V.Rudenkoя, A.E.Rogozhin. The effect of plasma immersion ion implantation of Ne+ or Ar+ or Kr+ on the forming voltage of the resistive switching in the structure Ni/Pt/HfO2(10nm)/TaN(5nm)/TiN // 2020 J. Phys.: Conf. Ser. 1695 012009. DOI: 10.1088/1742-6596/1695/1/012009
  2. Y.Polyakov, In-Hwan Lee, A.Miakonkikh, A.V.Chernykh, N.B.Smirnov, I.V.Shchemerov, A.I.Kochkova, A.A.Vasilev, S.J.Pearton. Anisotropy of hydrogen plasma effects in bulk n-type ?-Ga2O3 // Journal of Applied Physics. 2020. 127, 175702 DOI: 10.1063/1.5145277
  3. S. Ponomarev, D.V.Lavrukhin, A.E.Yachmenev, R.A.Khabibullin, I.Semenikhin, V Vyurkov, K.Marem’yanin, V.I.Gavrilenko, M.Ryzhii, M.Shur, T.Otsuji and V.Ryzhii. Sub-terahertz FET detector with self-assembled Sn-nanothreads / // Journal of Physics D: Applied Physics, 2020. V. 53, N.7. – DOI: 10.1088/1361-6463/ab588f
  4. Popov V.P., Antonov V.A., Tyschenko I.E., Vdovin V.I., Gutakovskii A.K., Miakonkikh A.V., Rudenko K.V. Hafnia and alumina stacks as UTBOXs in silicon-on insulator structures. // Sol. State Electron. 2020. V.168. N107734. DOI:10.1016/j.sse.2019.107734
  5. Rezvanov, A.A., Miakonkikh, A.V., Seregin, D.S., Vishnevskiy, A.S., Vorotilov, K.A., Rudenko, K.V., Baklanov, M.R. Effect of terminal methyl group concentration on critical properties and plasma resistance of organosilicate low-k dielectrics // Journal of Vacuum Science and Technology A: Vacuum, Surfaces and Films, 2020, 38 (3), art. no. 033005. DOI: 10.1116/1.5143417
  6. Rogozhin, A.E., Sidorov, F.A. E-Beam Lithography Simulation Techniques / // (2020) Russian Microelectronics, 49 (2), pp. 108-122. DOI: 10.1134/S1063739720010096
  7. Sidorov, F.; Rogozhin, A.; Bruk, M.; Zhikharev, E. Direct Monte-Carlo simulation of dry e-beam etching of resist // Microelectronic Engineering 2020 V.227. 111313. DOI: 10.1016/j.mee.2020.111313
  8. A.Sidorov, A.E.Rogozhin. Microscopic simulation of e-beam induced PMMA chain scissions with temperature effect // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V.1695. 012202.
  9. A.Smirnova, A.V.Miakonkikh, A.E.Rogozhin, K.V.Rudenko. Atomic layer deposition of Ruthenium on different interfaces for an advanced metallization system of ICs // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V.1695.
  10. Tatarintsev, A.A., Shishlyannikov, A.V., Rudenko, K.V., Rogozhin, A.E., Ieshkin, A.E. The Effect of Temperature on the Development of a Contrast HSQ Electronic Resist. // (2020) Russian Microelectronics, 49 (3), pp. 151-156. DOI: 10.1134/S1063739720030063
  11. Tolstoguzov A.B., Drozdov M.N., Ieshkin, A.E., Tatarintsev A.A., Myakon’kikh A.V., Belykh S.F., Korobeishchikov N.G., Pelenovich V.O., Fu D.J. Influence of the Finite-Size Effect on the Cluster Ion Emission of Silicon Nanostructures. // JETP Letters, 2020, 111 (8), pp. 467-471. DOI: 10.1134/S0021364020080123.
  12. Vakulov, E. Zamburg, D. Khakhulin, A. Geldash, D.A. Golosov, S.M. Zavadski, A.V. Miakonkikh, K.V. Rudenko, A.P. Dostanko, Zhubing He, and O.A. Ageev. Oxygen Pressure Influence on Properties of Nanocrystalline LiNbO3 Films Grown by Laser Ablation. // Nanomaterials, 10(7), 1371 (2020). DOI: 10.3390/nano10071371

2021:

  1. P. Popov, V.A. Antonov, F.V. Tikhonenko, S.M. Tarkov, A.K. Gutakovskii, I.E. Tyschenko, A.V. Miakonkikh, A.A. Lomov, A.E. Rogozhin, and K.V. Rudenko. Robust Semiconductor-on-Ferroelectric Structures with Hafnia-Zirconia-Alumina UTBOX Stacks Compatible with the CMOS Technology. // J. Phys. D: Appl. Phys. 54, no. 22, 225101 (2021). DOI: 10.1088/1361-6463/abe6cb
  2. P. Popov, F.V. Tikhonenko, V.A. Antonov, S.G. Simakin, K.V. Rudenko. Blister suppression in the CO+ molecule implanted SOI substrates with ultrathin buried oxides. // Mater. Today Commun. (2021), v.28, p.102498. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2021.102498
  3. Vladimir P. Popov, Fedor V. Tikhonenko, Valentin A. Antonov, Ida E. Tyschenko, Andrey V. Miakonkikh, Sergey G. Simakin and Konstantin V. Rudenko. Diode-like current leakage and ferroelectric switching in silicon SIS structures with hafnia-alumina nanolaminates. // Nanomaterials, 11, 291 (2021). DOI: 10.3390/nano11020291.
  4. Alexander Rogozhin, Andrey Miakonkikh, Elizaveta Smirnova, Andrey Lomov, Sergey Simakin and Konstantin Rudenko. Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition of Ruthenium Films Using Ru(EtCp)2 Precursor. //Coatings, 2021, 11, 117. DOI: 10.3390/coatings11020117
  5. Vitaly O. Kuzmenko, Andrey Miakonkikh, Konstantin V. Rudenko. Application of Langmuir probe and optical emission spectroscopy for bromofluorocarbon plasma diagnostics. // Journal of Physics Conference Series 1870(1):012006 (2021). DOI: 10.1088/1742-6596/1870/1/012006
  6. P. Popov, S.M. Tarkov, F.V. Tikhonenko, V.A. Antonov, I.E. Tyschenko, S.G. Simakin, K.V. Rudenko. Thermally Robust High-Resistance Layers on Low-Resistance Silicon Synthesized by Molecular CO+ Ion Implantation. // Phys. Stat. Sol. A, (2021) 202100109. DOI: 10.1002/pssa.202100109.
  7. V. Fadeev and K.V. Rudenko To the Issue of the Memristor’s HRS and LRS States Degradation and Data Retention Time. // Russ. Microelectron., 2021, v. 50, no. 5, pp. 311 – 325. DOI: 10.1134/S1063739721050024
  8. V. Myakonkikh, A.V. Shishlyannikov, A.A. Tatarintsev, V.O. Kuzmenko, K.V. Rudenko, and E.S. Gornev. A Study of the Plasma Resistance of a High-Resolution HSQ Electronic Resist for Prototyping Nanoelectronic Devices.// Russ. Microelectron., 2021, V.50, No.5, pp. 297–302. DOI: 10.1134/S1063739721050048
  9. Miakonkikh, A.V., Smirnova, E.A., Clemente, I.E. Application of the Spectral Ellipsometry Method to Study the Processes of Atomic Layer Deposition (2021) Russian Microelectronics, 50 (4), pp. 230-238. DOI: 10.1134/S1063739721040089
  10. Ivanov, Y.D., Malsagova, K.A., Popov, V.P., Kupriyanov, I.N., Pleshakova, T.O., Galiullin, R.A., Ziborov, V.S., Dolgoborodov, A.Yu., Petrov, O.F., Miakonkikh, A.V., Rudenko, K.V., Glukhov, A.V., Smirnov, A.Yu., Usachev, D.Yu., Gadzhieva, O.A., Bashiryan, B.A., Shimansky, V.N., Enikeev, D.V., Potoldykova, N.V., Archakov, A.I. Micro-raman characterization of structural features of high-k stack layer of soi nanowire chip, designed to detect circular rna associated with the development of glioma (2021) Molecules, 26 (12), art. no. 3715.  DOI: 10.3390/molecules26123715
  11. Kaydashev, V., Khlebtsov, B., Miakonkikh, A., Zhukova, E., Zhukov, S., Mylnikov, D., Domaratskiy, I., Svintsov, D. Excitation of localized graphene plasmons by aperiodic self-assembled arrays of metallic antennas (2021) Nanotechnology, 32 (3), art. no. 035201. DOI: 10.1088/1361-6528/aba785
  12. Kuzmenko, V.O., Miakonkikh, A.V. Low-Pressure Inductively Coupled CF3Br Plasma Studied by the Langmuir Probe and Optical Emission Spectroscopy Techniques (2021) Technical Physics Letters, 47 (1), pp. 99-102. DOI: 10.1134/S1063785021010247
  13. Rudenko, M.K., Myakon’kikh, A.V., Lukichev, V.F. Numerical Simulation of Cryogenic Etching: Model with Delayed Desorption (2021) Russian Microelectronics, 50 (1), pp. 54-62. DOI: 10.1134/S106373972101008X
  14. Isaev, A.G., Sidorov, F.A., Rogozhin, A.E. Influence of Resist Spreading during Its Dry Electron-Beam Etching on a Lateral Resolution, Russian Microelectronics, 2021, 50(1), pp 19–23 https://doi.org/10.1134/S1063739721010066
  15. O O Permyakova, A E Rogozhin (ФТИАН), Modelling electroforming process under constant bias voltage conditions, J. Phys.: Conf. Ser. 2086 012030 (2021) https://doi.org/10.1088/1742-6596/2086/1/012030
  16. E A Smirnova, A V Miakonkikh, A E Rogozhin, K V Rudenko, Properties of plasma enhanced atomic layer deposited ruthenium thin films from Ru(EtCp)2, J. Phys.: Conf. Ser. 2086 012209 (2021) https://doi.org/10.1088/1742-6596/2086/1/012209
  17. A. Melnikov, A.P. Alodjants, L.E. Fedichkin. Tunneling in Double-Layer Optical Waveguides as Quantum Walks on Graphs. Proceedings of the Steklov Institute of Mathematics 313 (1), 142-148, 2021 DOI: 10.1134/S0081543821020140
  18. Fedichkin L.E., Meshchaninov F.P. ANALYSIS AND APPLICATIONS OF QUANTUM WALKS. Journal of Mathematical Sciences. 2021. Т. 252. № 1. С. 104-115. DOI 10.1007/s10958-020-05145-w.
  19. A. Luchnikov, M. E. Krechetov, S. N. Filippov. Riemannian geometry and automatic differentiation for optimization problems of quantum physics and quantum technologies // New Journal of Physics. – 2021. – V. 23. – P. 073006. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac0b02