Введение к работе
Актуальность данной работы обусловлена тем, что она направлена на разработку теоретических и инженерных основ, которые необходимы для изготовления микросхем с приемлемыми технико-экономическими характеристиками. В Диссертационной работе также заложены основы для разработки технологии» создания слоев диоксида кремния, необходимых для изготовления СБИС к УВДС.
Извести-- способы ствіткшіпи злектрофазических сколет» системы Si-SiO: используют слой фосфоросилйкат-ного стекле или ионног'.- легирования фосфором диэлектрических пленок. Данные технологические приемы практически нееозмог'о испольвэалть для стабилизации тсчккх в сверхтонких слое* диоксида кремния. Также отсугстйуюг георетя-теские и экспериментальные ochosh стабяякэяцив системы Si-SiO.-j в производстве кр^няевых уикрсхем, Изучению явлений нестабильности поовяаенс большое количестве раСот, однако тольм в последние годы возк^к.іт»т предпосылки для разработки кееделции стабилизации электрофизически свойств системы кремний - диоксид кремния.
В срязк со скяэвннчм, основная п"пь диссертационной р«боты состоит в проведения систеино-комплекского ънвпмэ произродегра «якроохем, рязряб'откр уедали стчвклизаинп электрофизических свойств системы Si-SiQi » ні оснояе
ЯТЯХ рвО'ОТ- 0СЗЛ»НИ6 КОМП?«КСа ТеХНОЯОГИЧеСГВХ ПрОНЧССОБ,
методик к устройсте, обеспечивающих стабилизации*
?Л»КГРИЧ?СКЯХ ІТераЧеТрСЕ ї(-рЄМИГ9-да Ч«!фОСЧ?М.
Для достклеиия поставленной целя в работе р»я»ны следующие ачлачк,
і. Разработаны и внелреян ьв предприятиях электронное
ГрОИЫгаПРНИОСТЛ ПрОияОСН СІПОЇІПЙЗДЦИИ ?ЛЄКТр0фИЗИЧЄСКИ>
свойств системи Si-SiO вкдччвкдае :
термическую обработку диоксида кремния в сред* (PCl,+tO;
термическую обработку систем Al-SH) -Si и Al-SiO, Si(S-5iO>-Si в среде (FCl^N, +0,/.
2. Проведен системко-комплекный *нолио производств*» который позволил еы*?ить основные причины, влиягиие к
- О - А
качество и прої нт выхода годных микросхем.
-
Проведены теоретические к экспериментальны* нссле-> дования основных технологических процеосов, используемых при наготовлений микросхем,
-
Разработаны и внедрены в серийное производство установка и методика контроля, ' которые позволяет осуществлять отбор и разделять не группы качества исходные пластины кремния.
-
На основании физико-хи'/ических и электрофизических исследований предложена модель стабилизации системы Si-SiO^ в среде (FCl^+N-,), включающая :
термодинамический анализ взвимодействия молекул PCL с 310,;
анализ физико-химического взаимодействия паров РСЬ, о диоксидом кремния;
установление взаимосвязи структурно-примесного состояния системы кремний-диоксид кремния о ее электрофизическими свойствами;
- экспериментальную проверку адекватности модели.
в. Разработан комплекс требований, предъявляемые к
термодиЭДузионным процессам, на основании кото">« была разработана конструкция реактора.
?. Разработан и внедрен в опытное и серийное производств'1 комплекс технологических процессов, позволяющих изготавливать полевой электрод, обеспечивающий необходимое стрктурно-примеское и электрофизическое состояние системы Si-SiOo.
8. Разработан процесс вакуумно-термической обработки кремния, позволяющий снижать концентрацию металлических примесей и кислорода в поверхностном слое полупр . > " ика,;
I
что приводит к сниіеиию прогиба пластин, увеличению времени аизни неосновных носителей заряда и увеличению процент» выход* годных кремниевых микросхем.
Научная новизна работы. В соответствии с поставленной целью в работе решены задачи теоретического и экспериментального обеспечения и обоснования принципов создания «ояупрої-дниковых приборов, отличающихся повышенной стабильностью электрофизических свойств, что составляет научную основу для разработки и изготовления надежных микросхем с необходимыми уровнями интеграции н процентом выхода годных, В диссертационной работе впервые изучены и решены следующие вопросы,
-
Исследовано влияние вакуумно-термической обработки кремния на концентрацию неконтролируемых примесей и электрофизические свойства МДП систем на его основе.
-
Исследовано влияние термической обработки структур 81-810, в среде (PC1i+N_j) на структурно-примесные и электрофизические свойства систем Al-SlO>-Si, а также 81,,.-310-,-31.
-
Исследованы закономерности влияния диэлектрического подслоя иа профиль клика травления и структуру пленок алюминия и поликристаллическаго кремния,
-
Исследованы закономерности влияния скорости охлаждения термически окисленных пл&сткн кремния на электрофизические и сруктурно-примесные свойства системы Si-SiO >.
-
Исслидоваио поведение примеси меди в термически окисленных слоях кремния и установлено ее влияние на сбойсих» систими кремний-диоксид кремния,
-
Последаяяно влияние контролируемой атмосферы ки';ло;-аде» .ia . структуру пленки алюминия и
- 7 ~ л
электрофизические свойства МДП систем. Установлены корреляционные зависимости увеличения коррозионной устойчивости алюминиевых г^нок, снижения величины подвижного заряда и увеличения энергий его активации е МЛП структурах от наличия кис рода в вакуумной камере при осаждении пленок алюминия.
7. Предложена модель стабилизации системы Si-SlOg в среде (PCLj+Ni) включаются:
термодинамический анализ взаимодействия иодекул РС1$ с SiOo.
анализ физико-химического взаимодействия пароя FClj с диоксидом кремния;
экспериментальную проверку адекватности модели.
8.Установлена экспериментальная взаимосвязь относительного коэффициента пропусканий Ш-иглучеиия кремниевой пластиной с процентом выхода годных кинроокем.
Практическую значимость работы определяют:
t. КОМПЛеКС ТеХНОЛОГИЧеСКИЧ Процессов, ВКЛЮЧИМ!ИЙ:
вакуумно-термическую обработку исходного кремля;
стабилизацию системы Si-SiO; в срляе (РС1-.+^>;
стабилизацию системы S5 —Sі0 -А 1 и Si-SiO.-SL,,-StO--А1 в среде (Р<П;+Н,+0>1;
термическуи обработку диоксида кремния в среде пгсчл перед осаждением слоев лолйкристяллнческого кремния;
осаждение слоев ядшичия в контролируемой атмосфере кислорода,
2. устройство, обеопечиеакчцев создание контролируемой
атмосфери при проведении термических процессов на :и'.-шо
загрузки и выгруоки пластин кремния из рабочей ";ччш
реактора, *'..''"'
- є -
Д
S. установка контроля неходкого крешшя, обеспечивающая его сортировку на группы качества,
4. методики отбора «сходных ші&стин крвииия в визуализация распределения структурных дефектов по толщине кремниевой пластины.
Достоверность результатов. Достоверность получанных теоретических результатов обусловлена непротиворечива юс основных подокенкЯ и выводов известным и опробированным постулатам химической кинетики, термодинамики, физики и химия полупроводников и диэлектриков и подтверждается контрольными экспериментами с использованием разнообразного высокоточного исследовательского оборудования.Достоверность разработанных технологических процессов, установок в методик подтверждается положительными технологическими испытаниями, экспериментальный» образцами, а такеє проверкой на достоверность в порядке экспертизы sa-явок на изобретения. Воемоиносгь практического исполь-вования разработанных технологических процессов, установок в методик подтверждается их успешным применением на предприятиях электронной промышленности.
Внедрение результатов работы, . Результаты диссертационной работы использованы в НИР и ОКР, направленных на разработку и изготовление кремниевых КИОП БИС, а также на совершенствовании технологии их изготовления и внедрены на пяти предприятиях.
Суммарный экономический эффект аа период 1681-1800 гг, подтвержденный актами внедрения, составил 1284 тыо.руб. и за период 1890-1984 гг., подтвержденный актами внедрения, составил 158 млн. рублей.
На защиту выносятся.
-е- д
1.Комплекс технологических процессов, обеспечивающий стабилизацию эл >ктрофи8ических свойств системы St-SxO^ в производстве кремниевых микросхем и включавдий :
вакуумно-терыическую обработку исходного кремния;
термическую обработку иоксида кремния в среде (PC13+H4);
осаждение алюминия в контролируемой атмосфере кислорода;
термическую обработку систем Al~SiO,-Si и A1-S10-»-S^t-SiOg-rSi в среде (PClj-t-fy+O,).
2. Экспериментальные и теоретические исследования основных технологкческих процессов, используемых при изготовлении микросхем и включающие :
закономерности влияния скорости охлаждения термически окисленных пластин кремния на электрофизические и структурно-примесные свойства системы Si-SiOo;
закономерности поведения примеси меди в термически окисленных слоях кремния и ее влияние на свойства с ютеиы кремний-диоксид кремния;
определение состава и концентрации неконтролируемых примесей в структуре кремниевой микросхемы (03У~4кбит);
закономерности изменения структуры приповерхностного слоя кремния и концентрации неконтролируемых примесей в структуре Si-SiOjB процессе термических обработок, используемых при изготовлении микросхем;
определение профиля распределения примесей На,К и Си в ' системах Al-SiO<3,-Si и Sl^-SlO^-Si;
закономерности поведения примесей Na, Си и Аи в кремнии при наличии внешнего геттера, состоящего из
- ІО ~
поликрхс7э«лического кремния, осаядениого на сбретну» стср-сну полупроеодйкковсй шгагтеиу;
закономерности їлиякия способе освящения и чистоты &птнн*?ь;Л мил; ни на плотность фкксироеаннкого и полемист:1 гарядоь б ВДП система;
вмгономерности елиянкя диэлектрического подслоя на профиль кгині; трглрнил к структуру пленки альминия й поликрнстмлкчиеко. .. кремния;
y07DI'0fi.l(MU19 (J'OfTS CTpVKTypHOR НЕОДНОРОДНОСТИ
албмингввого проводника, выполндазго роль разводки в микросхемах, сщ.едлление среднего размере верна D м«мличесгс-м проводнике;
~ гл'-оч^еростя уьїличчикч процентного содер*ания рриствллич»око-Й ф'іпм б слоях алкмания, осаиденннх в ітм>:фр* кислорода;
- кл^К'Ляцис'иы" зависимости увеличения коррозионной устойчивости алюминиевых пленок, сни«енкя величина под»и*илго ойрпкл и увеличения йік'ргки его активации в МЯЛ структурах от наличия кигліроде е вакуумной камере при іг.-чїллкяи пячмок члкминия;
f(,4:['')^)r/;>rji!(iyf?' ^гисшпоть резерв зерна K'i.wrfpoF'iHrioro по/мкгиотоллич'Ккого кремния { Н.П.К ) от пчлизд.чм |>'^ги,у;Є'>:ш'..го ?*ряда в системе WTK-SiCK -Si;
:*ЪГ ,-і'<Щ НОСТИ bfa^HWt ТерЛ'ЧеСК^Й Обр^ЧОТКИ ДИОКСИ~ Д9 1гр"ч«!(*Я ПерчД OCSW/'HSioM ело* ПОЛИКрСЛТ*ЛЛИЧвСКОГО
г.р'инкч к4 '.трус.тур/ St/i* и пр-.^-иль распределения примесей u cv.c 7».-и>=- 1,,,,.-5)^-PI;
- ')';к<.иоі».')!),'!стіі влияния термической обработки н*»рот-іпг"-и:х п/'сіь.г. диог'-кдч кремния н* плотность
llj.'.M.'(ioft, і:Кк»;'<> . і'уі. ег:оро-,;ТІ. ИХ 7р»вЛИКЯ С, ПЛОТНОСТЬ
_ 11 -
подвижного зчрял» в ЧЯП еиотеие.
3. Сиотеикл-гомпл*1?пн«Я анализ производства кремниевых
МИКрООХЄМ, ПОЗРМТОЧРЙ ВЫЧВИ ОСКОЕКЫе рричины, влияпхи?
ка качество и преиент выход* годных микросхем,
4. Модель стабилизации с.отемы St-StO^ в среде
(PClj+Hj) вклочадая:
термпцииакм««ск1<Я анализ взагоолейгтвуя молекул PClj
аиали? фИЗЯКО-ХІМПеСКОГО ЯЗіИМОДїЯсіЕ'»* Пїр^З PCI j
о диоксидом креунич:
- эксперкмента^чуч проверку адекватности модели.
-
Установка и иетпдикд контроля исходных пластнч кремнич ч различения их на грунта качества.
-
Конструкция реактор* для проведения т«рчодиф-«уяиочччх процессов, позволяющая проводить загрузку, выгручку и охлаждение пластин в контролируемой атмосфере,
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доклалмвались не Всесоюзных нчучно-техмг^еких конференциях и совещаниях. " Теория и npasTK*a газотер-мяуеокого чаче^ения покрчтий " ( г. Дмитров, Московской области, 1.975 г. ). " Физические проблемы МЛЛ-интегрмь-ной электроники " ( г. Севастополь, 19?3 г. ). " исследование, разработка и ярчуенеоте ''тегральных полупроводниковых схем памяти " (г. Москва, ІЄ34 г.). " Проблемы , \звития АСУ и информационных услуг в нсвчх условкчх хозяйствования " (г.Лутанбе, 1В69г.>. " Ра?г?итке методов проектирования к изготовления интегральных запоминающих устройств" (г. Москва, !S93r.>.
Публикации. По результатам диссертационной работа отгубликовямо; 44 «еучннч гяботк, ек.тс'-'?^ і хккгї ;: Г
аналитических обзора а также получено і" авторких свидетельств и і патент России.
Структура и объем работы, Диссертация состоит из аведения, пяти глав, ваключения, списка используемой литературы и приложения. Общий обьем работы состоял*? 4І7 отг'жчи, в том числе основной текст 5 страниц, 94 рисунке v 88 таблиц к основному тексту.
