УДК 621.3.049.77:621.373.826
ПИЛИПЕНКО В.А., ПОНОМАРЬ В.Н.,
дефектов. Эффективность такого геттерирования показывает анализ
ГОРУШКО В.А.
плотности дефектов эпитаксиальной пленки, выращенной на таких

структурах. Так плотность дефектов эпитаксиальной пленки над геттером
УПРАВЛЕНИЕ СВОЙСТВАМИ ТОКОПЛЕНОЧНЫХ СИСТЕМ С
на два порядка ниже, чем вне геттера.
ПРИМЕНЕНИЕМ ИМПУЛЬСНОЙ ФОТОННОЙ ОБРАБОТКИ
В случае проведения фотонной обработки рабочей поверхности
кремниевой пластины в среде кислорода некогерентным излучением в
НИКТП Белмикросистемы НПО Интеграл, 220064, г .Минск,
режиме теплового баланса, обеспечивающего нагрев до 1000оС, приводит
пл. Казинца, тел.: (0172) 277-37-41, факс: (0172) 278-28-22
к формированию на его поверхности тонкого слоя двуокиси кремния. При

этом процесс окисления на начальной стадии отклоняется от
В настоящее время большинство передовых электронных фирм,
общепринятой модели окисления Дила-Гроува. Такое отклонение
работающих с топологическими нормами 0,3 мкм и менее, практически
обусловлено образованием отрицательных ионов кислорода, которые из-за
полностью перешли от традиционных методов термообработки к быстрым
своих малых размеров обладают высоким коэффициентом диффузии в
с применением различных источников нагрева. Это потребовало
окисле и имеют более низкую энергию активации процесса окисления.
проведения исследований и разработки процессов, обеспечивающих
Образование отрицательных ионов кислорода происходит за счет
управление свойствами тонкопленочных структур при минимизации
туннелирования и термоэлектронной эмиссии электронов с поверхностных
воздействия на них длительных высокотемпературных обработок.
слоев полупроводникового материала.
Аналогичные исследования на НПО Интеграл были начаты в начале 80-
При проведении фотонной обработки в режиме теплового баланса,
ых годов. В этой связи рассмотрим основные результаты исследований,
обеспечивающего нагрев до 1000 оС слоев двуокиси кремния и
полученных при разработке процессов управления структурой, фазовым
легкоплавких стекол, полученных путем осаждения при низких
составом и электрофизическими параметрами поверхностных слоев и
температурах, происходит перестройка структуры диэлектрических
пленок полупроводников, диэлектриков, металлов и силицидов на кремнии
пленок. Основными процессами вызывающими такую перестройку
с использованием импульсной фотонной обработки для создания
являются: образование связей кремний-кислород, увеличение силы и
технологии субмикронных СБИС.
уменьшение
напряжений
связей
кремний-кислород,
отсутствие
Фотонная обработка поверхности кремния, имеющей механические
микрокристаллических включений, доокисление кремния на границе
нарушения, когерентным излучением в адиабатическом режиме,
раздела с двуокисью кремния. Протекание данных процессов приводит к
обеспечивающем плавление поверхностного слоя приводит к устранению
уплотнению диэлектрических пленок, увеличению пробивных напряжений
механических нарушений кристаллической решетки, вплоть до глубоких
в 2 раза, уменьшению токов утечки в 2-10 раз и уменьшению на два
царапин. Ликвидация этих нарушений обуславливается возникновением
порядка плотности заряда на границе полупроводник-диэлектрик. В случае
сил
капиллярного
давления
и
двух
фронтов
кристаллизации,
легкоплавких стекол имеет место их оплавление, приводящее к
перпендикулярного и параллельного обрабатываемой поверхности.
значительному сглаживанию рельефа поверхности, и протекающее более
Проведение такой обработки поверхности кремния не имеющей
эффективно при быстрой термообработке, по сравнению с длительной
механических повреждений, позволяет получать на ней практически
термообработкой.
атомарно плоскую поверхность.
Другим интересным результатом при исследовании фотонной
С другой стороны проведение обработки нерабочей поверхности
обработки ионнолегированных слоев кремния в режиме теплового баланса,
кремния когерентным излучением в режиме теплового потока,
обеспечивающего нагрев до 1100оС, является полное восстановление
обеспечивающего его плавление, приводит к возникновению в области
кристаллической решетки кремния нарушенной в процессе ионного
воздействия напряжений растяжения и их сохранению после окончания
легирования в не зависимости от дозы и энергии легирования. При этом
облучения. Длительная термическая обработка таких структур при 1100оС
обеспечивается максимальный коэффициент активации введенной примеси
в среде сухого кислорода вызывает релаксацию напряжений с
и отсутствие образования компенсирующих центров и глубоких уровней.
образованием дислокаций и кислородных преципитатов, являющихся
Перераспределение примесей в данном случае значительно меньше, чем
центрами геттерирования быстродиффундирующих примесей и точечных
при длительной обработке. Важным моментом такой обработки является

то, что распад радиационных дефектов происходит минуя стадию
пленках толщиной 0,6 мкм, что является физическим пределом для
возникновения
сложных
комплексов
дефектов.
Данный
факт
биполярных СБИС, с электрическими параметрами и быстродействием,
подтверждается отсутствием эффекта оттеснения бора фосфором, который
превосходящими аналогичные параметры, полученные по традиционной
при длительной термообработке обуславливается дополнительным
технологии.
образованием вакансий за счет диссоциации комплексов фосфор-вакансия.
Важные результаты получены при исследовании системы
алюминий-кремний, прошедшей импульсную фотонную обработку.
Проведение обработки системы алюминий-кремний после напыления
алюминия некогерентным излучением в режиме теплового баланса,
обеспечивающего нагрев до 530оС, приводит в отличие от длительной
термической обработки к уравновешиванию в пленке сил поверхностного
натяжения. Это обеспечивает формирование равновесной структуры в
пленке без образования бугров на ее поверхности. При этом данная
структура оказывается устойчивой к последующим длительным
термообработкам при температурах их проведения ниже температуры
быстрой термообработки. Такая обработка на порядок уменьшает глубину
проникновения алюминия в кремний для пленок чистого алюминия. Для
пленок алюминия, легированного кремнием, она не вызывает
перераспределения кремния по толщине пленки алюминия и на порядок
уменьшает выделение кремния на границах раздела и вдоль границ зерен
алюминия, тем самым снижая величины контактного сопротивления
металл-полупроводник и сопротивление самой пленки металла в целом.
Фотонная обработка некогерентным излучением в режиме
теплового баланса системы титан-кремний позволяет получать дисилицид
титана при температуре на 100оС ниже и за время на несколько порядков
меньшее, чем при длительной термообработке. Это позволяет формировать
его слои в одну стадию исключая взаимодействие его с нижележащей
двуокисью кремния. При этом микрорельеф поверхности дисилицида
титана значительно менее развит, чем в случае длительной термообработки
и с увеличением температуры ее проведения он уменьшается. Важным
результатом формирования дисилицида титана с применением быстрой
термообработки является получение при определенной температуре ее
проведения силицида титана содержащего одновременно все известные его
фазы,
что
невозможно
получить
с
применением
длительной
термообработки.
Впервые
показана
возможность
нитридизации
поверхностного слоя тугоплавких металлов путем их быстрой
термообработки в среде азота.
На основании проведенных исследований были разработаны
принципиально новые технологические процессы создания СБИС с
субмикронными размерами не имеющие аналогов. Использование данных
процессов позволяет формировать активные элементы на эпитаксиальных