Планаризация диалектрика и повышение термостабильности алюминия при создании интегральных схем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

С- 4 <3=> #

^'ДК 621.3.049.77:621.373.826

Пономарь Владимир Николаевич

Планарпзацня диэлектрика и повышение к-рмостабильности алюминия при создании интегральных схем

01/410 - физика полупроводников и диэлеетрико»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Минск 1998

Работа выполнена в научно-исследовательском конструкторско-тех-нологическом предприятии "Белмикросисгемы" НПО "Интефал"' и на кафедре физики полупроводников Белорусского государственного университета

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Оппонирующая организация - Минский НИИ рациоматериалон

Защита состоится 22 мая 1998г. в 14 часов на заседании Совета по защите диссертаций Д 02.01.16 в Белорусском государственном университете (220050, г.Минск, пр. Ф.Скорины 4, Белгосуниверситет, главный корпус, к.206).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгосуииверситета Автореферат разослан 22 апреля 1998г.

Ученый секретарь Совета

Научные руководители:

доктор технических наук, нро(1)ессор Пилипшко В.А. кандидат технических наук Емельянов В.А.

профессор Анишик В.М. кандвдит технических наук, доцент Черных А Г\

ио -защите диссертации

/

В.Ф.Стсльмах

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Основным направлением развития микроэлектроники позволяющим создавать высококачественные изделия с приемлемыми экономическими показателями является повышение степени интеграции создаваемых ИС, которое требует применения многоуровневой металлизации. Однако ее формирование на основе сплавов ачюминия, 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-стабмльпость, вызывающая образование бугров на поверхности ■» выделение кремния в контактных окнах.

Наиболее перспективными направлениями преодоления данных ограничений являются бинаризация рельефа поверхности оплавлением легкоплавких <{>осфоро- и борофосфоросиликатного стекол 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 поликриеталлнческого 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 планаризации 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 "Беланектроника" 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 легкоплав кнх стекол и термостабшшзании легированных пленок алюминия на основе такой обработки

г

- моделирование тгплового 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 БФСС после оплавления методом быстрой термообработки;

- экспериментальное исследование влияния нагрева ИК-излу-чением импульсами секундной длительности на параметры ионнолеги рованных сток-исгоковых областей КМОГ1 ИС;

- устаноатение 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 нланаризации рельефа поверхности диэлектрика оплавлением и термостабплизации пленок алюминия;

- исследование параметров ИС наготовленных с использованием

БТО.

Научная новизна. В результате выполнения работы впервые получены следующие результаты:

1. Установлена аналитическая ависичость угла лланаризацми ФСС и БФСС от содержания ангидридов фосфора и бора и режима длительной и быстрой термообработок на основании предложенной модели оплавления.

2. Обнаружено уменьшение динамической вязкости ФСС и БФСС при облучении ИК-излучением в ближней области спектра импульсами сехундной длительности и установлена энергия активации вязкого течения.

3. Определены закономерности изменения микроструктуры и электрофизических параметров пленок ФСС и БФСС в зависимости от температуры и длительности нагрева ИК-излучением и его влияние на параметры ионнолегирооанных сток-Пешковых областей полупроводниковых структур.

4. 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.

5. Обнаружено, что релаксация сжимающих напряжений, обуславливающая рост аномально высоких бугров на поверхности пленки, происходит по истечем -и инкубационного периода, определяющего завершение процесса собирательной рекристаллизации и уравновешивания сил поверхностного натяжения и превышающего длительность быстрой термообработки.

6. Установлено. что быстрая термообработка легированных пле-, нок атюмпния посте напыления для формирования омических контактов к кремнию р и п тина проводимости обеспечивает значительное уменьшение сегрегации кремния на границах зерен, границах раздела ашоминнй-кремний, алюминий-алюминий и эинтакснальной рекристаллизации кремния.

боты заключается в разработке технологических процессов быстр -й термообработки для плтнарпзации рельефа поверхности полупроводниковых структур оплавлением фосфоро- и борофосфоросиликатных стекол и тсрмостабшишиии напыленных пленок алюминия с одновременным формированием омических контактов, обеспечивающих создание высококачественной системы многоуровневой металлизации и повышение процента выхода годных ИС.

1. 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 цеепщионарнсстью нагрева.

2. Способ формирования равновесной, термосгабильной структуры легированных пленок алюминия и их контакта к кремнию, заключающийся в быстрой термообработке пленок после напыления при температуре, превышающей температуру последующих термообработок.

3. Метод управления структурой диэлектрических пленок фосфоро-, борофосфоросмликатного 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.

ЛШН1!>1й..ВМНА_Ш!£ШШ!• Все приведенные в .диссертации результаты пол; тепы лично соискателем и проанализированы с научными руководителями. Соавторы опубликованных работ принимали участие в подготовке образцов, проведении отщельныч экспериментов и

обсуждении результат о». Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором лично.

Апробация и очубликованность результатов. Основные результаты работы представлялись на Международной научно-техническом конференции "Лазерные и физико-технические методы обработки материалов" (Алушта, 1995), 2-ой Международной научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика" (Москаа, 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 ния, обшей характеристики работы, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников и 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.

^ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

В первой главе проведен анализ публикаций но современному состоянию исследований в области планаризации поверхности диэлектриков перед нанесением различных уровней металлизации. На основе проведенной классификации материалов диэлектрика н методов планаризации показано, что легированные ангидридами фосфора и бора пленки оксида кремния являются перспективным материалом для изоляции в сисгемах многоуровневой металлизации, обеспечивающим требуемой угол планаризации 45°< а <60° , а для планаризации рельефа поверхности ИС с мелкозгшегаюшими переходами перед напылением первого уровня металла в многоуровневой системе металлизации наиболее приемлемым является метод оплавления ФСС и БФСС быстрой термообработкой.

Анализ существующих систем металлизации позволил установить, что наиболее полно всем требованиям, предъявляемым к материалу металлизации отвечают сплавы алюминия, однако для субмикронных ИС с многоуровневой металлизацией необходим поиск методов, уменьшающих рекристаллизационную эпитаксию кремния на границе раздела и образование на поверхности пленки алюминия ано-

мальпо высоких бугров при проведении процессов, сопровождающихся нагревом.

Предположено, что проведение БТО пленок алюминия, легированных комплексными добавками, после нх напыления позволит устранить отмеченные недостатки.

Во ¡порой иум)£ изложены методики подготовки образцов и исследований структуры, состава и электрофизических параметров пленок фосфора- и борофосфороснликатного стекол и легированного алюминия.

П ленки фосфоре- и борофосфороснликатного стекол осаждались ' на термически окисленные платины КЭФ-4,5 и КДБ Ш. Состав и толщина диэлектриков варьировались. Оплавление проводилось методами длительной и быстро!! термообработки » различных режимах. Для исследования «рядовых свойств и изменения параметров ионнолеги-решанпых областей изготавливались конденсаторные структуры и проводилось ионное легирование кремния в режимах формирования сток потоковых областей КМОП ИС.

Пленки алюминия, легированного в различных вариантах кремнием, медью, титаном напылялись на кремний, окисленный кремний, структуры с шшпаризоваипыми фосфора- и борофасфоросшшкатным стеклами. Структура н электрофизические параметры изучались до и после длительной и быстрой термообработок и режиме «формирования омических контактов к кремнию, а также после пллшсшшических операций травления атюмнния и удаления фоторезиста. Удельное сопротивление легированных пленок алюминия измерялось четырехзон-довым методом.

Для исследовании фазового и элементного состава поверхности и по сечению пленок, используемых в работе, нх толщины, коэффициента преломления, микроструктуры и микрорельефа, морфологии поверхности и границы раздела использовались методы рентгеновского микрозондового анализа, Оже-спектроскопин, ИК-спектроскопии, вторичной ионной масс-спектроскопии, эллинсометрии, растровой к просвечивающей электронной микроскопии. Электрофизические параметры пленок фосфоро- и борофосфороснликатного стекол исследовались методами измерения вольт-фарадных характеристик, токов утечки, пробивных напряжений.

Статистическая информация но качеству конструктивных элементов ИС, использующих разработанные в настоящей работе методы набиралась при измерениях специализированных тестовых модулей и реальных схем и использовалась для оптимизации составов, методов обработки и оценки результатов.

Трети глава посвящена моделированию процесса оплавления «|юсфоро- и борофосфороснликатного стекол, расчету температурных

ó

полей но ило'чвди пластины при шгрево ПК-излучением в режиме теплового баланса, исследованию процесса оплавления рельефа структуры и электрофизических параметров диэлектриков. Приведены данные по перераспределению п активации примесей в ионнолегирован-ных слоях после планаризации рельефа диэлектрика различными мето дами.

Показано, что при облучении ФСС и БФСС ИК-излучением со спектральной характеристикой совподаюгцей с полосой основного поглощения двуокиси кремния обнаруживается интенсивный разрыв связей матрицы тетраэдров {SÍO4]"4, активируемый также нарушающими ближний порядок ионами бо; а и фосфора. При этом равновесие между разрывом и образованием связей, характерное для длительного нагрева, смещается в сторону разрыва и сопровождается уменьшением динамической вязкости, характеризующей степень равновесности и экспоненциально зависящей от температуры и энергии активации вязкого течения.

Энергия активации вязкого течения, раечитанная на основе экспериментальных данных, линейно убывает с 320 до 260 кДж/моль при повышении концентрации ангидридов бора и фосфора с 4 до 16% при фиксированной концентрации фосфорного ангидрида 9% или 11% борного ангидрида.

На основании закономерностей поведения стекол при интенсивном ИК-облучении предложены аналитические выражения для опредег ления угла оплавления фосфоро- и борофосфоросиликатного стекол с учетом механизма нагрева при длительной термообработке

dg3a - ctg4 = 2*WьЛ ехр[-(Е0 - 5 6СРг0 - 4,0CRjo3)EcR'Ti], <0

где Е0- энергия активации вязкого течения двуокиси кремния (400 кДж/моль);

Ср2о5 - концентрация фосфорного ангидрида в мас.%;

Свр3 - концентрация борного ангидрида в мас.%. а - угол наклона ступеньки после оплавления, град; а0 - угол наклона ступеньки до оплавления, град; о -1 поверхностное натяжение, эрг/см2; fio - постоянная, равная Ш3П; h - толщина пленки стекла, см; t - время оплавления, с;

Ес- энергия активации вязкого i чения, кДж/моль; R - газовая постоянная, Дж/мольК; Т- температура оплавлении, К;

и быстрой термообработке

с^а - ^сц = Ь '(Е0 ~-5,6СрА-1,0СвгОз" уТ) 1КТШ1И1 ехрх

^-СЕо-ЛбС^-ЛОСвА-у'ПЯ'т^], (2)

где у - эмпирический коэффициент, равный 0 при Т<Т8 и равный 56,4 Дж/мольК ФСС и 63 Дж/мольК для БФСС при Т.>'Г8 1Ш - длительность светового импульса, с;

Тт - максимальная температура при нагреве, К;

Т& - температура стеклования. К.

Кйк видно из выражения (2) процесс оплавления в условиях Б'ГО ирогекает более., эффективно за счет появления эффекта уменьшении динамической вязкости, обусловленного нестационарностью процесса.

Для оценки достоверности предложенных моделей произведены расчеты углов планаризации при варьировании состава фосфоро- и бо-рофосфоросиликатиого стекол для различных методов нагрева и температур. Сравнение расчетных и экспериментально полученных углов планаризации показывает различия не превышающие ±15% дня дли тельной и ±10% для быстрой термообработок.

На осгэве уравнения теплового баланса при ИК-нагреве теплоизолированных кремниевых пластин произведен расчет неравномерности нагрева и показано, что она коррелирует с неравномерностью фотонного потока. При неравномерности плотности излучения 3%, обеспечиваемой конструкцией установки, за счет теплопроводности, реализуемая расчетная неравномерность нагрева составляет 0,01%, что хорошо согласуется с результатами измерений.

Для пленок фосфоро- п борофосфоросиликатного стекол, плана-ризоааниых БТО при температуре >1273К к Й1173К соответственно и скорости набора температуры <!(ЮК/с характерно уплотнение, наблюдаемое как но смещению в коротковолновую область основной полосы поголощения ИК-излучения на 5-20 см'1 и уменьшение ее полуширины на 3-15 см1, так и по коэффициенту преломления, уменьшающемуся до 1,55 для ФСС и 1,5 для БФСС. Эффективное уплотнение пленок подтверждают измерения пробивных напряжений и токов утечки сопоставимые со значениями, имеющими место при длительной термообработке.

Анализ шюшости объемных зарядов после БТО указывает на установившийся отжиг ло 10,йсм3 при температурах обработки

Т>1273К н Т>1173К для фосфоро- н борофосфороносиликатного етекол соответственно от исходного (2-г.5)!Ог7 см Л

Измерение плотности эффективною заряда на границе раздела БьБЮз-ФСС и Б1КЮГБФСС до И после длительной и быстрой термообработок показывают некоторый рост плотности эффективного заряда для всех случзев до величины (1:8)10" см 2. Сопоставление с величинами и характером изменения эффективного заряда на границе З^Ю^ и отжиг собственного заряда стекол указывают на преимущественное влияние на рост заряда активации примесей в кремнии и ионных загрязнений в диэлектрике.

Поверхностное сопротивление сток-нетоковых областей КМОП ИС, легированных В+ (300 мкКл/см2, 30 кэВ) и Р+ (1000 мкКл/сы2, 40 кэВ) при БТО в режимах планаризации рельефа уменьшалось за счет интенсивной цоактиэации до величин 50 и 30 Ом/11 соответственно, сопоставимых с длительной термообработкой. При этом малое время БТО ограничивает диффузионное перераспределение примесей в сток-истоковых областях и создает предпосылки формирования ИС с мелко-залегающими р-п переходами. При исходных глубинах залегания р~п перехода 0,23 мкм для фосфора и 0,25 мкм для бора, рост температуры БТО от 1123 до 1323К приводит к соответствующему увеличению глубины залегания р-п перехода от 0,26 до 0,35 мкм для фосфора и от 0,27 до 0,38 мкм для бора, чго в 1,3-:-1,8 раз меньше для аналогичных температур при длительной термообработке.

Четвертая глава посвящена изучению закономерностей изменения структуры и параметров пленок алюминия, легированных в различных вариантах кремнием, медью и титаном при операциях формирования микрорисунка и высокотемпературно» обработке.

Выбор компонентов легирующих добавок и уровней легирования пленок алюминия базировался на принципах обеспечения минимального удельного сопротивления, создания структуры устойчивой к термическим воздействиям, совместимой с существующими процессами и оборудованием для магнетронного распыления, плазмохимического Травления. Как показали проведенные исследования таким условиям отвечали пленки состава А1БЦ0,1%)Сн(0,1%)ТК0,15%). Удельное сопротивление их лежало в пределах 3,2т3,5 мкОмхсм

Коэффициент отражения напыленных пленок в видимой области спектра лежит в диапазоне 96^98%. Последующая термообработка пленок при температуре 723К в течение 30 минут снижает коэффициент отражения на величину не более 3*5/6, в то время как после БТО изменения коэффициента отражения составляют около 1%. На пластинах, где нленк« атешинин содерхана лишь 1% кремния, коэффициент

страже и и я лежал в пределах 70-85% и после длительной термообработки он уменьшался на 10-15%, а после БТО это уменьшение составляло не более 2-3%.

Исходные пленки характеризуются преимущественным размером зерен 0,2-0,3 мкм. Проведение операций ПХТ алюминия и ПХУФ оказывает незначительное влияние на рекристаллизацию пленок, преимущественный размер зерен сохраняется в тех же пределах 0,2-0,3 мкм, а небольшое укрупнение структуры происходит за счет увеличения относительною содержания зерен размерами 0,4-0,5 мкм. После проведения длительной термообработки (Т=723 К, 1--15 мин, N3) преимущественный размер зерен увеличивается до 0,3-0,4 мкм и на поверхности появляются локальные выступы высотой не более 0,3 мкм и с размером в оснований >1 мкм.

Примесные атомы комплексных легирующих добавок кремния, меди и титана аккумулируясь на границах зерен подавляют диффузию алюминия. Это приводит к образований более мелкозернистой структуры и уменьшению массонереиоса под дейавием механических напряжений, тем езмым снижая процесс образования аномально высоких бугров на поверхности пленки.

Быстрая термообработка легированных пленок алюминия, проводимая после наиыпения со стороны про!ивоположной расположению пленки, вызывает в них процесс уравновешивания сил поверхностного натяжения, обеспечивающий равномерный рост зерен и спрямление межзеренных границ. Операции формирования микрорисунка и длительной термической обработки не Приводят к образованию бугров на Поверхности таких пленок и не вызывают значительного перераспределения и выделения кремния на фашше раздела АГ БЮ^, что говорит о повышенной термостаб;1льности.

Анализ границы раздела кремний алюминий после обработки методом БТО показал, что на поверхности кремния образуются островки зпитакси 1ЛЬно рег.ристаллизованного кремния, легированного алюминием, высотой 0,03-С,05 мкм и размером в основании менее 0,1 мкм. Следует отмстить, что эти размеры в 2,5 раза меньше, чем при БТО после формирования рисунка межсоединений и на порядок меньше, чем после длительной термической обработки. Уменьшение площади преципитатов адекватно увеличивает илошадь контакта. Это позволяет рассчитывать на повышение выхода г одных структур СБИС с контактными окнами К1 мкм и менее, где отношение периметра к площади окна повышается в 4-5 раз.

Важным ре?ульта'1 ом является тот факт, 'по уравновешивание

СМЛ ?Н«>ГрХ>!»ХГП!0!Ч> НПТЯЖСПИЯ, .НЖТПГСПИКС ЗЛ ф( РМИГМгШШ'С (М1ЧЮ-

весной структуры и релаксация сжимающих напряжений протекают при любом процессе, температура проведения которого превышает температуру проведения предшествующих операций с интенсивностью зависящей от нее. Однако для всех температур имеет место инкубационный период, определяющий завершение процесса уравновешивания сил поверхностного натяжения и начало релаксации сжимающих напряжений.

Применение БТО после напыления металла для создания омических контактов кремний-легированный алюминий позволяет:

а) получить минимальное поверхностное сопротивление пленки алюминия за счет устранения выделения кремния на границах 'зерен;

.6) уменьшить контактные сопротивления алюминия к активным и пассивным здеметим ИС за счет минимизации выделении кремния на границе раздела алюминий-кремний;.

в) снизить ток утечки мсжслойного диэлектрика, устраняя высокие бугры на поверхности алюминия.

При этом такая замена не снижает" надежности работы ИС в различных условиях и обеспечивает повышение выхода годных создаваемых приборов за счет значительного уменьшения дисперсии их параметров.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложена модель нагрева пластины кремния до температур 1100-1300К инфракрасным излучением секундной длительности, учитывающая потери тепла за счет излучения от самой пластины. На основании модели и уравнения теплового баланса получено анатитиче-скос выражение для расчета температурных полей по площади пластины. Показано, что отклонение температуры по площади пластины от среднего значения совпадает с неравномерностью фотонного потока в предположении, что данная неравномерность удовлетворяет условию линеаризации уравнения теплопроводности.

2. Установлены закономерности оплавления фосфоро- и боро-фосфоросиликатного стекол при длительной термообработке и быстром ншреве ИК-излучением. Получены в рамках ньютоновского вязкою течения аналитические выражения, описывающие изменения угла пла-наризации в зависимости от примесного состава стекол и режимов термообработки. Определены значения энергии активации вязкого течения фосфоро и борофосфоросиликатного стекол при их оплавлении методами быстрой и длительной термообработок.

3. Устаноачено, что интенсивное уплотнение пленок за счет заполнения связей кремнин-кнелорол, сопровождающееся увеличением

пробивных напряжений и отжигом объемных зарядов, имеют место при температуре бме грой термообработки 2:117Ж для борофосфороси-лнкатного стекло и 2127Ж для фосфоросиликитного стекла со скоростью набора ¿100 К/с.

4. Показано, что применение быстрой термообработки для оплавления фосфоро и борофосфоросиликатного стекол позволяет увеличить концентрацию электрически активной примеси за счет ее доак-тивации. Перераспределение примесей в ранее сформированных нон-нолегированных слоях, определяемое температурой обработки и скоростью ее набора, при такс"! обработке в 1,3-1,8 раз меньше.

.5. Применение комплексных легирующих добавок кремния, меди И титана в пленке алюминия позволяет за счет аккумуляции примесных атомов в местах наиболее высокой свободной энергии и подавления диффузии алюминия по границам зерен, где она максимальна, значительно снизить образоьэние бугров на поверхности алюминия и повысить устойчивость к электромиграции.

6. Установлено, чтэ быстрая термообработка пленки легированного алюминия после напыления вызывает процесс уравновешивания сил поверхностного натяжения. Это обеспечивает формирование равновесной структуры без бугров, устойчивой к последующим термообработкам при температурах ниже температуры быстрой термообработки. Показано, что такая обработка не вызывает перераспределения кремния в алюминии, значительно уменьшает выделение кремния на границах раздела и вдоло границ зерен, тем самым снижая величины контактного и поверхностного сопротивлений.

7. Установлено, что применение быстрой термообработки для планаризации рельефа поверхности и формирования омических контактов после напылешт алюминия, легированного кремнием, обеспечивает повышение в 2,1 раза выхода годных изделий с двухуровневой металлизацией за счет уменьшения отказов и дисперсии конструктивно-технологических параметров на 16,1-32,2%, сохраняя надежность ИС в различных климатических условиях.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

I. Пилипекко В.А., Пономарь D.H., Горушко В.А. Особенности формирования транзисторных структур с использованием ионного легирования и быстрой термообработки. // Лазерные и физико-технические методы обработки материалов. Тез. докл. конф. - Алушта, 1995. - С. 53

2. Пономарь О Н.» Пилипенко В.А., Топчий В.Н., Горушко В.А. Плаиаризация поверхности изолирующею диэлектрика с использованием быстрой термической обработки. // Микроэлектроника и информатика. Тез. докл. конф. < Москва, 1995. - С. 25

3. Пономарь В Н., Лесникова В.П., Макаревнч Т.В. Просвечивающая электронная микроскопия вертикальных сечений для анализа полупроводниковых структур субмикронных размеров. // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. Тез. докл. конф. - Таганрог, 1997. - С. 25

4. Пилппенко В А., Пономарь В Н., Жвавый С.П., Инлев Г Д. Моделирование нроиесса оплавления фосфоро и борофоефоросодер-жащих стекол с использованием быстрой термообработки. // Актуачь-пые проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. Тез. докл. конф. - Таганрог, 1997. - С. 26

5. Пономарь В Н., Пилнпенко В.А., Горушко В..А. Увеличение термостабидыюсти пленок алюминия и его сплавов с использованием быстрой термообработки. // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. Тез. докл. конф. - Таганрог, 1997. - С. 27

6. Пономарь В Н., Пилипенко В.А., Ухой В.А. Анализ непроводящих материалов методом электронной Ожс-снектроскопии. // Акту. альные проблемы тв.ерлотельной электроники и микроэлектроники.

Тез. докл. конф. - Таганрог, 1997. - С. 53

7. Пилипенко В.А, Пономарь В.Н., Жвввый СЛ., Иплев Г.Д Оплавление легкоплавких стекол в термостимулируюишх процессах планаризашш рельефа микраэлектронных структур. // Микроэлектроника. - 1997, т.26, №. - С. 447-450 '

8. Пономарь Й-Н„ Пилипенко В.А., Жвавый С,П., И еле» Г.Д Оплавление легкоплавких стекол при импул!>сном лучистом нагреве и изотермической термообработке микроэлектронных структур. // Взаимодействие излучения, с твердым телом. Тез. докл. конф. - Минск, 1997.- С. 138

9. Пономарь В.Н., Бураков A.B., Пилипенко В.А., Тарасик М.И., Янченко A.M. Модификация алюминиевой металлизации па кремнии путем импульсной фотонной обработки. // Взаимодействие излучения с твердым телом. Тез; докл. конф. - Минск, 1997. - С. 168

К). Соловьев A.B., Комаров Ф.Ф., Пономарь В Н., Пилипенко В.А. Получение Мелкозалеплоших и+ /р-переходов в кремнии двойной ' имплантацией сурьмы и фосфора. // Взаимодействие излучения с твердым телом. Тез. докл. конф. - Минск, 1997. - С. 188

II. Пилипенко В.А., Пономарь ВН., Горушко В А. Особенности формирования термостабильнон алюминиевой металлизации с использованием быстрых термообработок. // СВЧ-тсхника и телекоммуникационные технологии. Тез. докл. конф. - Севастополь, 1997. - С. 54

12. Solov'yev V.S., Komarov F.F., Kamvshan A.S., Pilipenko V.A., Ponomar V.N. // Buried amorphous high-resistant layers in silicon formed by two-step substoichiometric implantation of nitrogen ions. 17-th International Con-ference on Atomic Collisions in Solids. Beijing, 1997. - p. E04

13. Пономарь B.H., Петлицкий A.H., Тарасик М.И., Янченко А.М. Формирование воспроизводимого внутреннего геттера в кремнии. // Цветная металлургия. - 1997, №5. - С. 185-189

14. Пилипенко В.А., Пономарь В.Н., Горушко В.А. Планаризашп; поверхности изолирующего диэлектрика с использованием БТО. // Сб. Радиофизика и электроника. -Минск: изд. Бслгосунивереитет. - 1997, вып. №3 - С. 175-183

15. Пилипенко В.А., Пономарь В.Н., Горушко В.А. Увеличение термостабильности пленок алюминия и его сплавов с использованном быстрой термообработки. // Сб. Радиофизика и электроника. -Минск: изд. Белгосуниверситет. - 1997, вып. №3 - С. 165-174

16. Пилипенко В.А., Пономарь В.Н., Бураков А.В., Тарасик M.I1, Янченко A.M. Свойства алюминиевой металлизации на кремнии, сформированной с использованием импульсной термообработки. // Бюллетень информации. -Москва, 1997, №¡2 - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 22.08.97., №2104-В97

17 Пилипенко ЗА, Пономарь В.Н., Горушко В.А., Тарасик М.И. Планаризация поверхности изолирующего диэлектрика с использованием быстрой термической обработки. // Вестник БГУ. - Серия 1. Физ., мат., ин^., 1998, №2. - С. 17-22

18. Белоус А.И., Пономарь В.Н., Силин А.В. Схемотехника биполярных микросхем для высокопроизводтельных систем обработки информации. Минск: TARPET, 1998. - 252 с.

14

РЕЗЮМЕ

Пономарь Владимир Николаевич Планаризация диэлектрика и повышение термостабильности алюминия при создании интегральны^ схем

1£шщш£_шша: быстрая термообработка, плаиаризация рельс-фа, <|юефор:> и боро<}юсфоросиликатное стекло, рекристаллизация, алюминий, мстадлизации, термостабильность, интегральная схема,

Основная цедь работы заключается в изучении физических процессов и установлении закономерностей изменения свойств пленок легкоплавких фосфоро- и борофосфоросилнкатного стекол, легированных. пленок алюминия при быстрой термообработке и разработке технологических процессов атанарцзации рельефа поверхности легкоплавких стекол и термостабилизации легированных пленок алюминия на основе такой обработки.

Для проведения исследований использовались современные методы анализа материалов и электрофизических свойств полупроводниковых структур: эллипсометрия, И К - еп е ктр ос копия, элекгрончая и рас-гровая электронная микроскопия, Оже-спектроскопия, вторичная иоиная масс-спектроскопия, реитгеноспектральный анализ, чешрех-зовдовый метод, С-V характеристики и другие.

В результате проведенных исследований установлены закономерности оплавления ФСС и БФСС при длительной и быстрой термообработках. Обнаружено уменьшение динамической вязкости данных стекол при высоких скоростях нагрева.

Показано что быстрая термообработка лешрованных пленок алюминия после их напыления вызывает в них уравновешивание сил поверхностного натяжения, обеспечивающее их повышенную устойчивость к последующим термообработкам. Уравновешивание сил поверхностного натяжения и релаксация сжимающих напряжений, обуславливающая аномально высокий рост бугров на поверхности пленки, протекают в случае если воздействующая температура превышает температуру предшествующих обработок.

Разработанные технологические процессы планаризации рельефа поверхности и термостабилизации пленок алюминия на основе быстрой термообработки используются при разработке и изготовлении ИС с многоуровневой системой металлизации.

15

РЭЗЮМЕ

Панамар УладзЫр М1калаев1ч Пллнлрызаиыя дыэлектрыка I павышэнне тзрмвстабьтьнас!» алюмжно пры стварэнш ппэгральных схем

Ключавыя словы: хуткая тэрмаапраиоука, планарызацыя рэлье-фу, фосфара- и борафосфарасшкатнае шкло, рзкрыштал'шиыя, алю-мапй, метал1заиыя, тэрмастэСплытсиь, плэгральная схема.

Мтта работы заключаецца у вывучэнш ф131чных працэсау I у станаулетп заканамернаспей змянення уласшвасцей пленак легка-плаукага фосфара- 5 борафосфарасшкатнага шкла, леправаных пленак алюмпню пры хуткай Тэрмаапрацоу цы, а таксама распрацоуцы тзхпя-лапччых працэсау планарызацьн рэльефу паверхш легкаплаукага шкла 1 тэрмастабшзаць» леправаных пленак алюмншо на асИове такой апра-цоукК

Для правядзения даследавання зыкарыстоувачкя сучасныя мета-ды анал1зу матэрыялау I элсктрафЫчных уласшвасцей пауправздшко-вых сп.уктур: элшсаметрыя, 1Ч-сг:ектраскашя, Ожэ-спектрскашя, дру-гасная ¡онная мас-спектраскаЫя, рзнтгенаспектральны анализ, чатырох-зондавы метал, С-У характарыстыы 1 ¡ншыя.

У вышку выкананых даследавання у установлены заканамер-насш аплаулення фосфара- \ борафосфорасш 1 кат!I ага шкла пры падоу-жанай 1 хуткай тэрмаапрацоу ках. Выя у лена змяньшэнне дынам1чнай вязкссш дадзенага шкла пры высот хуткасцях нагрзву.

Паказана, што хуткая тэрмаапрацоука леправаных пленак шпо-мшно пасля ¡х напыления выклжае у ¡х ураунаважанне сш паверхнева-га нацягу, забясп"~чваючага ¡х павышаную ускншвасць да наступных тэрмаапрацовак. Ураунаважанне сьт паверхневага нацягу \ ралаксацыя сшскваючых напрут, як;ч абмоул!ваюць анамальна высою рост бугроу на паверхж пленю, працякаюць у выпадку, кагн уздзейшчаючая тэмпе-ратура перавышае тэмпературу папярэдтх апрацовак

Распрацаваныя тэхналапчныя працэсы планарызаць» рэльефу паверхш I тэрмастабштцьн атенак алюмшио на аснове хуткай тэрмаапрацоу ы выкарыстоугаюцца пры распрацоуцы \ вырабе 1С з многа-урауневай астэмай мотал Ьзцьм.

RESUME

Ponomar Vladimir Nikolaevieh

Dielectric Planarization and Improvement of Thermal Stability of Aluminium in Integrated Circuit Process.

Key words: accelerated heat treatment, pattern planarization, pho-sphosilicate and boro-phosphosilieate glass (PSG, BPSG), recrystallization, aluminum, metallization, thermal stability, integrated circuit.

The principal goal: exploration of physical processes and determination of mechanism of property variation of fusible PSG/BPSG films and A1 doped films during accelerated heat treatment, development of surface pattern plaiumzation process for fusible glass and thermal stabilization process for A1 doped films on the base of accelerated heat treatment.

The investigation was done by means of up-to-date methods used for analysis of materials and electro-physical properties of semiconductor structures: elfipsomelry, iR spectroscopy, electron microscopy and scanning electron microscopy, Auger electron spectroscopy, secondary ion mass spectroscopy, energy dispersive x-ray, 4-pohn probing, C-V curve and others.

The performed studies resulted in finding regularities in PSG/BPSG flow during slow and accelerated heat treatment. It was revealed that dynamic viscosity of the above glasses diminishes at high speed heating.

lire study showed that post-sputtering accelerated heat treatment of A! doped films causes equilibrium of 'sutface tension strength providing their enhanced stability in subsequent thermal processes. Balancing of surface tension stiength and relaxation of shrinking stresses that brings anomalous high growth of hillocks on the film surface take place when effective temperature is higher than preceding processing temperature.

The developed technological processes of surface pattern planarization and A1 film thermal stabilisation based on fast thermal process aie used to develop and manufacture 1C with multilevel metallization.

. »