Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основополагающих
факторов современного развития микроэлектроники
является повышение степени интеграции электронных схем.
Увеличение числа элементов на кристалле при сохранении
их размеров ограничивается -технологическими и
эксплуатационными условиями создания и применения
изделий электронной техники. Дальнейшее увеличение
интеграции связано с уменьшением размеров элементов
интегральных схем (ИС). С одной стороны, это
предполагает использование технологического
оборудования, способного формировать и обрабатывать
топологический рисунок нанометрового разрешения. С
другой стороны, возникает потребность в материалах,
которые, обладая необходимыми свойствами в макрообъеме,
сохранят эти свойства в микрообъеме элементов ИС и не
изменят их при дальнейшей эксплуатации в экстремальных
условиях. Взаимодействия на границе раздела фаз
являются одним из основных механизмов функционирования
полупроводниковых приборов, а устойчивость и
воспроизводимость характеристик границы, в конечном итоге, определяет качество, стоимость и надежность изделий микроэлектроники.
Тугоплавкие металлы, имея высокую температуру плавления и достаточно низкое удельное сопротивление, более стабильны с точки зрения диффузионных процессов, протекающих на границе раздела при повышенной температуре. Это позволяет использовать тугоплавкие
металлы непосредственно в качестве металлизации, а также как тонкий диффузионный подслой в традиционных системах металлизации из алюминия, меди и т.п. С этой точки зрения представляет интерес формирование тонких (менее 100 нм) пленок металлов с заданными свойствами. Одним из перспективных факторов/ влияющих на успешный переход к нанометровой электронике, является использование аморфных пленок металлов и их соединений в металлизации ИС. Особый интерес в этой связи вызывают тугоплавкие металлы и их соединения, способные выполнять роль эффективных диффузионных барьеров, препятствующих реакциям на границах раздела активных и пассивных элементов ИС, а также новые технологические приемы формирования пленок тугоплавких металлов и их соединений.
Традиционные методы осаждения тонких пленок позволяют воспроизводить необходимое удельное сопротивление в пленках толщиной от 50 нм в следствие формирования поликристаллической структуры на подогреваемых подложках. Осаждение тонких пленок при конденсации электроэрозионной дуговой плазмы позволяет воспроизводимо формировать пленки толщиной от 1 нм с хорошей адгезией без нагрева подложек, при этом, барьерные свойства тугоплавких металлов сохраняются. В этой связи возникает необходимость исследования свойств тонких (от 1 нм) пленок вольфрама и одного из его соединений - карбида вольфрама, применительно к металлизации ИС.
Цолью настоящей рабочеи является: — изучение морфологии поверхности, структуры и
Д
электрофизических свойств пленок вольфрама толщиной от 1 нм;
изучение морфологии поверхности, структуры и электрофизических свойств тонких пленок карбида вольфрама;
доработка оборудования по импульсному осаждению дуговой электроэрозионной плазмы применительно к современным требованиям технологических процессов микроэлектроники.
Научная новизна, работы:
-
Предложены способы повышения надежности работы генераторов эрозионной плазмы.
-
Рассчитан и реализован способ полного удаления макрочастиц материала катода из осаждаемого потока плазмы.
-
Определены температурные интервалы изменения структуры аморфных пленок вольфрама при термообработке.
-
Исследована зависимость удельного сопротивления и температурного коэффициента сопротивления пленок вольфрама от толщины при термообработке до 1273 К.
-
Изучены твердофазные реакции в тонкопленочной системе вольфрам-углерод и измерены электрофизические характеристики пленок карбида вольфрама.
Практическая значимость работы.
1. Использование метода импульсного плазменного
осаждения на отдельных этапах создания современных
ИС позволяет на новом качественном уровне решать
вопросы контролируемого осаждения тонких пленок
б
металлов и их соединений в соответствии с требованиями нанометровых технологий.
-
Использование тонких пленок вольфрама и карбида вольфрама как диффузионного барьера позволяет стабилизировать границу раздела металл-полупроводник, металл-диэлектрик, повышает воспроизводимость характеристик элементов ИС, снижает разброс параметров, увеличивает надежность и время наработки на отказ изделий микроэлектроники.
-
Низкое удельное сопротивление при малой толщине пленок, термостабильность, высокая адгезия и другие свойства вольфрама и карбида вольфрама могут быть с успехом использованы при создании элементов ИС нанометрового разрешения.
На методику осаждения пленок при конденсации дуговой электроэрозионной плазмы выдано 4 авторских свидетельства СССР, в том числе один патент СССР. Результаты'работы использованы при выполнении 8 научно-исследовательских работ в период 1987-1997 гг.
Основные положення и результаты, выносимые на защиту.
-
Исследование морфологии поверхности, структуры и электрофизических свойств пленок вольфрама толщиной 1...100 нм, полученных при конденсации электроэрозионной плазмы.
-
Исследование твердофазных реакций в тонкопленочной системе вольфрам-углерод, морфологии поверхности, структуры и электрофизических свойств тонких пленок состава вольфрам-углерод.
-
Конструктивно-технологические решения повышения
Д
качества осаждаемых пленок на этапах генерации и
транспортировки дуговой электроэрозионной плазмы.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы
были представлены на научно-технических конференциях:
Межвузовская научно-техническая конференция
"Микроэлектроника и информатика -95", МИЭТ, апрель
-
г., Межвузовская научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика -96", МИЭТ, апрель
-
г., Межвузовская научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика -97", МИЭТ, март
-
г. Экспериментальные результаты работы использовались при оформлении отчетов по научно-исследовательским работам, выполненным в МИЭТ на кафедре "Специальные материалы микроэлектроники" в период 1987-1997 гг.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 18 научных работ в том числе 4 авторских свидетельства СССР.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, включая 76 рисунков, 18 таблиц и библиографию из 74 наименований.
Похожие диссертации на Формирование и исследование свойств тонких пленок вольфрама, полученных при импульсной конденсации электроэрозионной плазмы
