Введение к работе
Актуальность темы. Развитие микроэлектроники ' по пути уменьшения размеров элементов интегральных схем вызывает необходимость создания новых высокоэффективных технологий, снижанцих или устраняющих недостатки традиционных методов формирования микросхем, связанные с высокими температурно -временными реяимами.
Для повышения степени интеграции, надекнрсти, долговечности и быстродействия интегральных схем необходимо снижение температуры и (или) длительности используемых при их изготовлении технологических операций очистки, окисления или осаадения окисла на поверхности пластин, перераспределения примеси и различных термических обработок.
Наиболее перспективным методом обеспечивающим снижение длительности термических операций является импульсная термообработка (ИТО). диапазон длительностей температурного воздействия при использсвашш ИТО достаточно широк: от пикосекунд до десятков- секунд. Но наибольшее распространение в силу экономичности, отсутствия градиентов температуры по толщине подложки, возможности точного контроля температуры получил, так называемый, режим теплового баланса, основанный на применении ИК излучения галогенных ламп с длительностью импульса термообработки от единиц до десятков секунд.
Наряду с этим, зарекомендовало себя в последнее время использование оптического излучения для инициирования химических реакций в газовой фазе и структурных превращений в поверхностном слое при проведении процессов осаждения металлических, полупроводниковых'и диэлектрических пленок, а также травлении и легировании. Резонансное возбуждение и. селективный разрыв химических связей молекул оптическим излученем УФ диапазона позволяет значительно снизить температуру протекания процессов в газовой фазе и на поверхности. Однако, практическое применение УФ обработки ограничено недостаточной изученностью физико-химических процессов, протекающих в зоне реакции.
Кроме того, в литературе отсутствуют работы по совместному использованию ИТО и УФ излучения, для уменьшения длительности термообработки с помощью ИТО, и одновременного снижения ее
температуры за счет снижения энергии активации процессов.
Цель и задачи работы. Целью ' данной .диссертационной работы является исследование ( врзмокности совместного использования УФ и НК излучений для ташкеншг температуры и длительности процессов рсавдэния диоксида кремния, окисления пленок металлов, перераспределения примеси и очистки поверхности кремкяевой подложки.
Для достижения поставленной це лі решались следующие задачи: создание необходимого оборудования для проведения процессов очистки поверхности, осаждения диоксида кремния, окисления пленок металлов и перераспределения примеси с совместным использованием УФ и ИК излучений;
теоретически проанализированы и промоделированы v фотохимическке реакции при осавдеяии диоксида кремния кз газовой фазы ТЗОС/02 сиспользованием УФ облучения;
. - исследованы 'физико-химические- процессы, протекающие при осаждении Si02 на поверхность кремния в условиях ШС и УФ облучения, а также качество получаемой пленки;
- исследовано совместное влияние ИК и УФ облучения на
- перераспределение примеси в конно--легированяых слоях кремния.
Научная новизна работы
- впервые, на основании термодинамических расчетов, получены
энтропия и энтальпия тетраэтокспсиланэ (ТЭОС) в газсосразном
состоянии;
построена кинетическая модель для расчета скорости осаждения диоксида креміил;
рассчитана энергия активации диссоциации ТЭОС; показано, что УФ излучение понижает энергию активации молекулы ТЗОС в 3 раза по сравнению, с неактивированным состоянием;
на основе рассмотрения спектров поглощения кремниевой подложкой УФ и ИК излучения показано, что интенсивное поглощение УЬ излучения и разогрев приповерхностного слоя ло всей глубине поглощения УФ происходит до температуры 600-700С;
установлено, что' под действием МТО с УФ стимуляцией происходит снижение длительности перераспределения прі'Л'еси в ионно-легироваиных слоях в 2-4 раза за счет увеличения коэффициента диффузии в і/ісг-Б'ІСг раз по сравнению с КТО ос з УФ, при чем коэффициент ускорения диффузии уменьшаемся с
увеличением времени отжига по закону exp(-t/t);
- показано, что наибольшее влияние но полупроводниковые
приборы при ИТО оказывает УФ составляющая спектра излучения.
Практическая значимость
- разработан пакет программ "CVD-I" для расчета режимов,
необходимых для получения диоксида кремния при фотохимическом
разложении ТЭОС/Ог,;
создана лабораторная установка для фотохимического осаждения диоксида кремния толщиной до 180пм на пластины диаметром до 76мм из смеси ТЭОС/0, в температурном диапазоне 200-Ь00С;
создан ряд установок для импульсной термообработки полупроводниковых структур излучением галогенных ламп в секундной длительности облучения, е том числе и с УФ стимуляцией, в температурном диапазоне 300-1350С, позволяющих обрабатывать пластины диаметром дс ЮОмм в условиях опытного и серийного производства;
на основании экспериментальных исследований' адгезии алюминиевых пленок и фоторезиста установлено, что УФ излучение и ИТО повышает в 2 раза эффективность очистки поверхности кремния по сравнению со стандартной жидкостной обработкой;
- на основе технологии с применением ИТО и УФ стимуляции
созданы структуры двухслойных окислов, отличающиеся
терморезистивнши и газочувствительными свойствами.
Диссертационные исследования являются частью плановых научно-исследовательских работ лаборатории новых технологий кафедры "Микроэлектроники и технологии БИС Таганрогского Государственного радиотехнического университета, выполняемых в период 1992-1997- гг. по единому заказу-наряду Государственного Комитета Российской Федерации по Высшему образованию и финансируемому из средств Госбюджета, а также хоздоговорных работ (№1 113325, 13328, 13332, 13353), выполненных в ТРТУ в 1У87-19аь гг.
основные положения выносимые на защиту:
- совместное использование УФ и ОТО при очистке поверхности
кремниевой подложи улучшает эффективность очистки в 2 раза по
сравнению с жидкостной отмывкой;
- кинетическая модель для расчета скорости осаждения
диоксида кремния при фотохимическом-разложении ТЭОС/0,;
УФ излучение в качестве активирующего воздействия понижает энергию активации молекулы ТЭОС в 3 раза по сравнению с неактивированным состоянием;
показано, что в результате ИТО с применением УФ излучения возникает поверхностный разогрев по всея глубине поглощения УФ только при температурах отжига до 700С;
- применение ИТо с УФ стимуляцией сникает длительность
перераспределения примеси в ионно-легированЕШС слоях в 2-4 раза
за счет увеличения коэффициента диффузии в І"ІО~-Б*ІСг раз по
сравнению с ИТО без УФ, при этом коэффициент ускорения 'диффузий
уменьшается с увеличением времени отжига по закону exp'(-t/t);
- при ИТО наибольшее влияние на полупроводниковые структуры
оказывает УФ составляющая спектра.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и представлялись на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Радиационная технология в производстве интегральных схем" (г.Воронеж, 1988г.), Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (г.Москва, 1991г.), VI Всесоюзной научно-технической конференции "Применение электронно-ионной технологии в народном хозяйстве" (г.Москва, 1991г.), Международной конференции "Advanced and laser technologies - ALT'92" (Moscow, 1992г.), Всероссийской научно-технической конференцій с Международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (г.Таганрог, 1994г.), научно-технической конференции "Вакуумная наука и техника" (г.Гурзуф, 1994г.), на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ (г.Таганрог, 1986-1995 гг.).
дублшсации. По результатам диссертационной работы -опубликовано 14 печатных работ,, получено 4 авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы. Диссертация-состоит из ввздения, пяти глав, заключения, списка цитированной литературы из 87 наименований. Общий объем диссертации 135 стр., включая 31 стр. иллюстраций, 9 таблиц.
