Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Основным наирашіекнем развития микроэлектроники позволяющим создавать пысококачесгаенныс изделия с -приемлемыми экономическими показателями является повышение степени интеграции создаваемых ИС, которое требует применения нногоуровнеиой металлизации. Однако ее формирование на основе сплавов ачюмнния, являющихся наиболее широко используемыми материалами межсоединений, встречает ряд физических и технологических ограничений. Такими ограничениями являются утонение и обрывы шин на сильно развитом рельефе поверхности и низкая термо-стабпльпость, вызывающая образование бугров на поверхности » выделение кремния в контактных окнах.
Наиболее перспективными направлениями преодоления данных ограничений являются иланаризация рельефа поверхности оплавлением легкоплавких фосфоро- и борофосфоросиликатного сгекол и создание равновесной и термостабильной структуры легированных пленок алюминия.
Следует отметить, что в последнее десятилетие продемонстрированы перспективные возможности БТО в основных операциях создания ИС: отжиге ионнолегированных слоев, формировании омических контактов, окислении, рекристаллизации поликристаллнческого кремния и других. Однако из анализа литературных данных следует, что к моменту начала данных работ комплексного исследования и изучения физических процессов, протекающих в ФСС и БФСС при их оплавлении методом БТО и в легированных пленках алюминия при их обработке данным методом после напыления не проводилось и не созданы убедительные модели этих процессов. Разработка технологических процессов иланаризации рельефа поверхности и термостабилизации пленок алюминия на основе такой обработки откроет новые возможности формирования многоуровневой металлизации ИС с повышенной степенью интеграции и быстродействием.
Исследования проводились в рамках Государственных научно-технических программ "Белаиектроника" и "Информатика".
Целью диссертационной работы являлось изучение физических процессов и установление закономерностей изменения свойств пленок легкоплавких фосфоро-, борофосфоросиликатного стекол, легированных пленок алюминия при быстрой термообработке и разработка технологических процессов планаризации рельефа поверхности легкоплавких стекол и термостабилизании легированных пленок алюминия на основе такой обработки
Основии& задачи иссдедселция:
моделирование теплового баланса и расчет температурных полей по площади кремниевой пластины при нагреве ИК-излучением ближней области спектра в секундном диапазоне длительностей импульса; - .
моделирование, расчет и экспериментальное исследование вязкого течения ФСС и БФСС в процессе оплавления при длительной и быстрой термообработках,
экспериментальное исследование структуры и электрофизических параметров ФСС и ВФСС после оплавления методом быстрой термообработки;
экспериментальное исследование влияния нагрева ИК-излучением имігульсами секундной длительности на параметры ионнолеги рованных сток-исгоковых областей КМОП ИС;
устаношіениг закономерностей влияния быстрой термообработки после напыления на структуру и электрофизические свойства легированных пленок алюминия и их взаимодействие с кремнием и двуокисью кремния;
разработка процессов БТО для планаризации рельефа поверхности диэлектрика оплавлением и термостабнлизации пленок алюминия;
исследование параметров ИС изготовленных с использованием БТО.
Научная новизна. Ч результате выполнения работы впервые получены следующие результаты:
-
Установлена аналитическая аиисимость угла планаризации ФСС и БФСС от содержания ангидридов фосфора и бора и режима длительной и быстрой термообработок на основании предложенной модели оплавления.
-
Обнаружено уменьшение динамической вязкости ФСС и БФСС при облучении ИК-излучением в ближней области спектра импульсами сехундной длительности и установлена энергия активации вязкого течения.
-
Определены закономерности изменения микроструктуры и электрофизических параметров пленок ФСС и БФСС в зазисимости от температуры и длительности нафева ИК-излучением и его влияние на параметры ионнолегирооанных сток-истоковых областей полупроводниковых структур.
-
Показано, что кратковременный нагрев ИК-излучснисм пленок легированного алюминия после шпыленнл выбывает уравновешивание сил поверхностного натяжения, обеспечйвакнцее формирование
раановесной структуры и повышенную устойчивость к последующим термообработкам.
-
Обнаружено, что релаксация сжимающих напряжений, обуславливающая рост аномально высоких бугров на поверхности пленки, происходит по истечеі' 'и инкубационного периода, определяющего завершение процесса собирательной рекристаллизации и уравновешивания сил поверхностного натяжения и превышающего длительность быстрой термообработки.
-
Установлено, что быстрая термообработка легированных пленок ачюмпния посте напыления для формирования омических контактов к кремнию р и п тина проводимости обеспечивает значительное уменьшение сегрегации кремния на границах зерен, границах раздела алюминий-кремний, алюминий-алюминий и эннтакснальной рекристаллизации кремния.
боты заключается в разработке технологических процессов быстр >й термообработки для планарнзации рельефа поверхности полупроводниковых структур оплавлением фосфоро- и борофосфоросилнкатных стекол и тсрмостаишишнии напыленных пленок алюминия с одновременным формированием омических контактов, обеспечивающих создание высококачественной системы многоуровневой металлизации и повышение процента выхода годных ИС.
QQ\mmu№m&
-
Модель оплавления диэлектрических пленок фосфора- и бо-рофосфоросиликатиого стекол при нагреве импульсами ИК-излучення секундной длительности, основанная на ньютоновском вязком течении с учетом эффекта уменьшения динамической вязкости, обуслоьленного иестационарностью нагрева.
-
Способ формирования равновесной, термосгабилыюй структуры легированных пленок алюминия и их контакта к кремнию, заключающийся в быстрой термообработке пленок после напыления при температуре, превышающей температуру последующих термообработок.
-
Метод управления структурой диэлектрических пленок фосфоро-, борофосфоросмлнкатного стекол и пленок алюминия, основанный на их быстрой термообработке, позволяющий снизить перераспределение примесей в ионнолегированных слоях.кремния, кремния в алюминии и. уменьшить бугры на пленке.
ЛИШ1ШІ_Што_іаШШСіШ. Все приведенные в .диссертации результаты пол; мены лично соискателем и проанализированы с научными руководителями. Соавторы опубликованных работ принимали участие в подготовке образков, проведении отщельныч экспериментов и
обсуждении результатов. Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором лично.
Апробации и оцубликованность результатов. Основные результаты работы представлялись на Международной научно-технической конференции "Лазерные и физико-технические методы обработки материалов" (Алушта, 1995), 2-ой Международной научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика" (Москва, Зеленоград, 1995), 3-ей'и 4-ой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (Таганрог, Дивноморск, 1996, 1997), И Международной конференции 'Взаимодействие излучений с твердым телом" (Минск, 1997), 6-ой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, 1997) и опубликованы в 18 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введег иия, обшей характеристики работы, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников і! приложения. Объем диссертации составляет 143 страницы, включая 43 страницы с иллюстрациями, 4 страницы с таблицами и 2 страницы приложения. Список использованных источников включает 145 наименований.
