Введение к работе
Актуальность темы.
Доминирующее направление развития микроэлектроники, - повышение степени интеграции ИС. осуществляемое а основном за счет уменьшения размеров элементов. Вместе с тем освоение промышленного выпуска ИС с элементами субмикронных размеров невозможно без кардинального решения проблемы металлизации, так как с повышением степени интеграции роль системы металлизации возрастает, она занимает все большую площадь кристалла и вносит значительный вклад в основные параметры ИС: быстродействие, площадь кристалла, помехоустойчивость, надежность и другие.
Как известно, при уменьшении размеров элементов ИС используют закон масштабирования, предполагающий, частности, пропорциональное уменьшение как горизомтв'-ьньїх. так и вертикальных размеров приборов. Поэтому в современных СБИС на основе МОП - транзисторов с длиной канала I мкм глубины залегания диффузионных областей уже имеют значение S 0,2 мкм. Традиционные методы создания контактов к таким мелким р-п-переходам или не обеспечивают необходимо низкое переходное сопротивление (поликремниеаые контакты), или происходит глубокое неконтролируемое проникновение материала контакта полупроводник (алюминиевые контакты). Поэтому задача разработки технологии формирования малопроникающих контактов является крайне актуальной. Одним из путей решения проблемы является использование силицидных контактов, которые, как известно, позволяют создавать контактные системы с малым переходным сопротивлением и относительно небольшой глубиной проникновения в кремний.
К началу выполнения настоящей работы проблемы разработки некоторых конструктивно-технологических методов создания контактных систем на основе силицидов во многом не были решены как у нас в стране, так и за рубежом.
Так, существующие технологии на основе одного из перспективных силицидов тугоплавких металлов - TiSij характеризуются невысокой воспроизводимостью толщины образования силицида, требуют привлечения специального оборудования.
Основным конструктивным вариантом контактной системы для мелкоэапегающих диффузионных областей является сочетание трех слоев: контактного проводника (силицид), барьерного слоя (препятствующего диффузии алюминия и кремния), металла разводки (например, алюминий). Вместе с тем вопрос выбора материалов контактной системы остается открытым и диктуется конструктивно-технологическими особенностями конкретных приборов.
Нерешенным является вопрос минимизации эффекта перераспределения примеси в кремнии в процессе силицидообразования и последующих тврмообработках.
До конца не решена проблема уменьшения латерального роста силицида технологии одновременного создания самосовмещенных силицидиых контактов к кремнию и полицидиых электродов.
Большой интерес исследователей сосредоточен на вопросе влияния технологических Факторов на кинетику силицидообразования, поскольку решение данной проблемы позволит повысить воспроизводимость процесса силицидообразования.
Процесс формирования слоев двуокиси кремния на поверхности силицидных слоев предоставляет новые возможности для реализации различных конструктивных решений. Технология создания т«ких слоев разработана, однако имеющиеся
литературе данные достаточно противоречивы, и в ряде случаев отсутствуют сведения о связи электрофизических характеристик получаемого окисла с технологическими параметрами их формирования.
Таким образом, задача разработки процесса формирования омических контактов на основе силицидов, с малой глубиной проникновения в кремний, обладающих улучшенными электрофизическими параметрами, сопев эффективного как с экономической, так и с точки зрения способности его использования в различных ИС, является актуальной и имеет важное научное и техническое значение. Для упрощения терминологии в дальнейшем такие контактные структуры будут называться непроникающими контактами.
Цель работы: исследование и разработка процесса формирования непроникающих омических контактов на основе силицидов тугоплавких металлов к мелкоэалегающим р-n переходам в кремниевых ИС.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:
-
Разработать процесс формирования силицидных контактов к мелкоэалегающим р-п переходам, отличающийся простотой и воспроизводимостью параметров образующихся слоев силицида титана.
-
Провести поиск материала барьерного слоя для создания термостабильного омического контакта на основе силицида титана с использованием алюминия в качестве металла разводки.
-
Исследовать эффект перераспределения примеси при силицидообразовании и последующих термообработках, разработать технологическое решение, приводящее к его минимизации.
-
Исследовать влияние конструктивно-технологических факторов на латеральный рост силицида при одновременном создании самосовмещенных силицидных контактов к областям истока, стока и лолицидного электрода затвора МОП ИС.
-
Исследовать влияние примесей, содержащихся в атмосфере отжига и ь слое металла на кинетику и фазовый состав образующегося силицида.
-
Провести ксмплексное исследование технологии выращивания слоев SIOj на поверхности TiSia и их электрофизических характеристик.
-
Установлены закономерности процесса формирования непроникающих силицидных контактов, основанного на самоостанавливающемся способе образования двухслойной структуры: силицид титана-окисел титана при термообработке системы: титан-кремний во влажной среде.
-
Впервые получены количественные данные по зависимости проводимости слоев двуокиси титана нестехиометрического состава (ТЮг.«, где х<0,5) от технологических параметров ее температурной обработки в диапазоне 450-1000С.
-
Разработан метод локальной модификации проводимости слоев ТЮа-ж путем термообработки при наличии на их поверхности маски - диффузионного барьера для кислорода. ..,.'.
4. Предложена качественная физическая модель процесса силицидообраэования,
основанная на вакансионном механизме диффузии кремния в TIS12, исследованы
закономерности влияния кислорода, содержащегося в атмосфере отжига и в
пленке титана, на кинетику образования и фазовый состав силицида при
термообработке системы Ti-Si.
-
Проведено комплексное исследование кинетики образования окисла кремния на поверхности силицида титана и его электрофизических характеристик. Выявлена корреляция критической напряженности электрического поля окисла с технологическими режимами его формирования в диапазоне температур 700-1000С.
-
Впервые исследованы электрофизические параметры контактов А1-ТЮг.«. Установлено, что контакты обладают омическими свойствами, а их минимальное удельное переходное сопротивление составляет величину ~М0'в Ом см г.
-
Разработанный процесс формирования сМЛИЦидных контактов характеризуется существенной простотой, воспроизводимостью и точным контролем толщины создаваемого слоя силицида титана.
-
Разработанные структуры отличаются высокой стабильностью параметров и могут быть эффективно использованы при создании металлизации СБИС с алюминиевыми межсоединениями.
-
Разработанные самоостанавлиаающийся процесс формирования двухслойной структуры TIOj.x -TISI2 и метод локальной модификации проводимости Т10г.« являются основой для усовершенствованной технологии одновременного формирования самосовмещенных силицидных контактов к кремнию и полицидных электродов затворов в составе МДП СБИС.
-
На основе выявленных закономерностей влияния кислорода на процесс силицидообразоаания сформулированы технологические принципы формирования слоя дисилицида титана при пониженной температуре (~550С).
-
Технология получения окисла кремния на поверхности силицида титана позволяет обеспечить самосовмещенную пассивацию силицидных контактов и упростить технологию межуровневой изоляции металлизации СБИС.
-
Ряд результатов работы внедрен в учебный процесс курсов "Технология интегральных микросхем", "Технология больших интегральных схем", изучаемых на кафедре "Физика и технология интегральных микросхем" МИЭТ. Результаты диссертационной работы использованы в х/д НИР каф. ФТИМС МИЭТ ТУ с НИИТТ (Шифр "Интрада", г. Москва), с НИИФП ( Шифр "Инвазия", г. Москва), НИИМП (Шифр "Идея*, г. Москва). Ряд результатов работы использован в НИР, проводимой в рамках Государственной Научно-технической программы "Перспективные технологии и устройства микро- и нанозлактроники" (шифр "Итог-ГБ-Б-ФТИМС") и в НИР (Гранты Госкомвуза 1993,1996 г.)
-
Новая структура термостабильного непроникающего силицидного контакта на основе двухслойной структуры: силицид титана/окисел титана.
-
Технологический процесс формирования непроникающих контактов к кремнию, основанный на одновременном силицидообразовании и окис.^нии титана.
-
Физическая модель твердофазного силицидообразоеания в системе Ti-Sl, учитывающая влияние кислорода, содержащегося в атмосфере отжига и в пленке титана.
-
Технологический метод локальной модификации проводимости слоев ТЮг».
-
Результаты комплексного исследования параметров окисла, выращенного на слое силицида титана при его термообработке в различных окисляющих средах
-
Результаты исследования электрофизических характеристик к.омт,гилов.А1-ТЮа.».
Апробация работы и публикации: Основное содержание работы отражено в 8 опубликованных научных статьях, 7 тезисах докладов, 3 описаниях авторских свидетельств на изобретение, 5 научно-технических отчетах по НИР.
Основные результаты работы доложены на Следующих научно-технических конференциях и семинарах: XII- Всесоюзной научной конференции по микроэлектронике. Тбилиси, 1987; VII Научно-технической конференций молодых ученых и специалистов, Рига, 1987; VI и VII Координационного Совещания 'Развитие методов проектирования и изготовления интегральных запоминающих устройств*, Москва, 1988, 1991; Российской Конференции с участием зарубежных ученых *Микроэлектроника-94\ Москва, 1994; Всероссийской Научно-технической Конференции "Электроника и Информатика*. Москва, 1995; 40 Международный Коллоквиум, Ильменау, Германия, 1995.
Структура и объем рабрты: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 129 страниц машинописного текста, в том числе 42 рисунка, 17 таблиц, список использованных источников из 93 наименований на 7 страницах, и 3 акта внедрения результатов работы.
