bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2022-20-7-20-27bsuir-3496Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSВлияние термической нагрузки при формировании контактов Al-Al на электрические параметры интегральных микросхем с контактами алюминий-поликремнийThermal Load Influence during the Formation of Al-Al Contacts on the Electrical Parameters of the Integrated Circuits with Aluminum-Polysilicon ContactsПилипенкоВ. А.PilipenkoV. A.

Пилипенко В. А., д.т.н., профессор, член-кор. НАН Беларуси, заместитель директора по научному развитию Государственного центра «Белмикроанализ»  

 Минск 

Pilipenko V. A., Dr. of Sci. (Tech.), Professor, Сorr. Member of the NAS of Belarus, Deputy Director for Scientific Development of the “Belmicroanalysis” State Center 

 Minsk 

СолодухаВ. А.SolodukhaV. A.

 Солодуха В. А., д.т.н., генеральный директор 

 Минск 

Solodukha V. A., Dr. of Sci. (Tech.), General Director 

 Minsk 

КовальчукН. С.KovalchukN. S.

Ковальчук Н. С., к.т.н., доцент, первый зам. главного инженера

Минск 

Kovalchuk N. S., Cand. of Sci., Assistant Professor, First Deputy Chief Engineer 

 Minsk 

СоловьёвЯ. А.SolovjovJ. A.

Соловьёв Я. А., к.т.н., доцент, замдиректора филиала «Транзистор»

 Минск 

Solovjov J. А., Cand. of Sci., Assistant Professor, Deputy Director of “Transistor” Branch 

 Minsk 

ШестовскийД. В.ShestovskiD. V.

Шестовский Д. В., инженер-технолог отдела перспективных технологических процессов

 Минск 

Shestovski D. V., Engineer-Technologist of the Advanced Technological Processes Department 

 Minsk 

ЖигулинД. В.ZhyhulinD. V.

Жигулин Дмитрий Владимирович - начальник сектора физикотехнического анализа Государственного центра «Белмикроанализ»

220108, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Казинца, 121аТел. +375 29 684-43-35 

 Zhyhulin Dmitry Vladimirovich - Head of the Sector of Physical and Technical Analysis of the “Belmicroanalysis” State Center 

220108, Republic of Belarus, Minsk, Kazintsa St., 121аTel. +375 29 684-43-35 

zhygulin@mail.ruОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»JSC “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company2022091220222072027Copyright © Пилипенко В.А., Солодуха В.А., Ковальчук Н.С., Соловьёв Я.А., Шестовский Д.В., Жигулин Д.В., 20222022Пилипенко В.А., Солодуха В.А., Ковальчук Н.С., Соловьёв Я.А., Шестовский Д.В., Жигулин Д.В.Pilipenko V.A., Solodukha V.A., Kovalchuk N.S., Solovjov J.A., Shestovski D.V., Zhyhulin D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3496

Статья посвящена установлению влияния применения быстрой термической обработки (450 °С, 7 с) для формирования омического контакта между двумя слоями алюминиевой металлизации на электрические параметры и надежность интегральных микросхем. В качестве анализируемых параметров выбраны величины сопротивлений контактных цепочек алюминий-кремний, алюминийполикремний, поликремний-кремний n+, алюминий-кремний n+, вольт-амперные характеристики тестовых биполярных транзисторов, а также результаты анализа их надежности путем проведения термополевых испытаний. Сравнение этих параметров проводилось относительно микросхем, изготовленных с применением стандартной термообработки (450 °С, 20 мин) для формирования данного контакта. Анализ результатов величины сопротивления различных контактных цепочек показал, что независимо от вида термообработки все контактные цепочки, за исключением цепочки контактов алюминий-поликремний, имеют практически одинаковое сопротивление. Путем анализа элементного состава скола в области данного контакта методом растровой электронной микроскопии установлено, что при быстрой термической обработке глубина проникновения алюминия в поликремний в два раза меньше, чем при стандартном его формировании, за счет уменьшения в два раза времени воздействия высокой температуры. Это приводит к более низкой концентрации алюминия в кремнии и, как результат, – к более высокому контактному сопротивлению между алюминием и поликремнием. Анализ вольт-амперных характеристик показал, что все они идентичны за исключением хода прямой ветви зависимости величины базового тока от напряжения эмиттер-база. Отклонение линейного характера данной зависимости в области малых значений напряжения (£ 200 мВ) в случае формирования омических контактов Al-Si и Al-Al с применением длительных термических обработок обусловлено преобладанием в данной области генерационно-рекомбинационного тока, связанного с повышенной плотностью ловушек в обедненной области и на поверхности полупроводника. Идеальное поведение базового тока в зависимости от напряжения эмиттер-база сохраняется с применением быстрой термообработки по формированию контакта Al-Al за счет устранения ловушек как в обедненном слое, так и на поверхности полупроводника. Проведенные испытания на надежность таких изделий показали, что она не зависит от вида формирования омического контакта между слоями металлизации.

This work is devoted to establishing the effect of using rapid thermal processing (RTP) method (450 °C, 7 s) to form an ohmic contact between two layers of aluminum metallization on the electrical parameters and reliability of integrated circuits. The resistance values of contact chains aluminum-silicon, aluminum-polysilicon, polysilicon-silicon n+, aluminum-silicon n+, current-voltage characteristics of the tested bipolar transistors, as well as the results of the reliability analyses by conducting thermal field tests were chosen as the analyzed parameters of this microcircuit. Comparison of these parameters was carried out with respect to the microcircuits manufactured using standard RTP method (450 °C, 20 min) to form this contact. An analysis of the results of the resistance value of various contact chains showed that, regardless of the type of thermal treatment, all contact chains, with the exception of the aluminum-polysilicon contact chain, have almost the same resistance. By analyzing the elemental composition of the cleavage in the area of this contact by scanning electron microscopy, it was found that during rapid heat treatment, the depth of penetration of aluminum into polysilicon is 2 times less than during its standard formation due to a 2-fold reduction in the time of exposure to high temperature compared to the standard process. This leads to a lower concentration of the aluminum in the silicon and as a result to a higher contact resistance between the aluminum and polysilicon. An analysis of the currentvoltage characteristics showed that they are all identical, except for the course of the direct branch of the base current value from the emitter-base voltage. The deviation of the linear nature of this dependence in the region of their low voltage values (£ 200 mV) in the case of the formation of ohmic Al-Si and Al-Al contacts with the use of long-term heat treatments is due to the predominance of the generation-recombination current in this region associated with an increased density of traps in the depleted region and on the surface of the semiconductor. The ideal behavior of the base current versus the emitter-based voltage is maintained by applying rapid RTP method to form an Al-Al contact by eliminating traps both in the depletion layer and on the surface of the semiconductor. The tests carried out on the reliability of these products showed that it does not depend on the type of formation of ohmic contacts between the metallization layers.

быстрая термическая обработкаомические контактытемпературная нагрузкавольтамперная характеристикаrapid thermal processing methodohmic contactthermal loadI-V characteristicsReferencesПилипенко, В. А. Быстрые термообработки в технологии СБИС / В. А. Пилипенко. Минск: Издательский центр БГУ, 2004.Pilipenko V. A. (2004) Rapid Thermal Processing in VLSI Technology. Minsk, Publishing Center of Belarusian State University (in Russian).Технология СБИС. Т. 2 / Под ред. С. М. Зи. М.: Мир, 1986.Sze S. M. (ed.) (1986) VLSI Technology. 2. Moscow, Mir (in Russian).Фазы внедрения в технологии полупроводниковых приборов и СБИС / О. А. Агеев [и др.]. Харьков: НТК Институт монокристаллов, 2008.Ageev O. A., Belyaev A. E., Boltovets N. S., Konakova R. V., Milenin V. V., Pilipenko V. A. (2008) Phases of Implantation in Semiconductor Devices and VLSI Technology. Kharkov, NTK Institute of Single Crystals (in Russian).Физические основы быстрой термообработки. Создание многоуровневой металлизации / В. М. Анищик [и др.]. Минск: БГУ, 2000.Anyshchyk V. M., Horushko V. A., Pylypenko V. A., Ponomar V. N., Ponaryadov V. V. (2000) Physical Fundamentals of Rapid Thermal Processing. Creation of Multilevel Metallization. Minsk, Belarusian State University (in Russian).Особенности взаимодействия системы Al-Si при термической и импульсной оптической обработках / Л. Д. Буйко [и др.] // Электронная техника. 1984. Сер. 6, вып. 2. С. 16–19.Buiko L. D., Lesnikova V. P., Pilipenko V. A., Rozhkov V. V. (1984) Features of Al-Si System Interaction During Thermal and Pulsed Optical Processing. Electronnaya Tekhnika = Electronic Technique. 6 (2), 16–19 (in Russian).Пилипенко, В. А. Использование фотонных технологических процессов при изготовлении интегральных микросхем / В. А. Пилипенко, Ю. П. Попов // Электронная промышленность. 1988. Вып. 5. С. 3–9.Pilipenko V. A., Popov Yu. P. (1988) The Use of Photonic Technological Processes in the Manufacture o Integrated Circuits. Elektronnaya Promyshlennost = Electronic Industry. (5), 3–9 (in Russian).Пилипенко, В. А. Модель взаимодействия кремния с алюминием при фотонной обработке / В. А. Пилипенко, В. В. Рожков, В. А. Горушко // Электронная техника. 1990. Сер. 2, вып. 3. С. 24–28.Pilipenko V. A., Rozhkov V. V., Horushko V. A. (1990) Model of Interaction of Silicon with Aluminum During Photonic Processing. Electronnaya Tekhnika = Electronic Technique. 2 (3), 24–28 (in Russian).Улучшение термостабильности пленок алюминия и его сплавов на кремнии с использованием быстрой термообработки / В. А. Пилипенко [и др.] // Вестник БГУ. 1998. Cер. 1, № 3. С. 53–58.Pilipenko V. A., Ponomar V. N., Horushko V. A., Tarasik M. I., Yanchenko A. M. (1998) Improving the Thermal Stability of Aluminum Films and its Silicon Alloys Using Rapid Heat Treatment. Vestnik BGU = Newsletter of BSU. 1 (3), 53–58 (in Russian).Пилипенко, В. А. Управление свойствами тонкопленочных систем с применением импульсной фотонной обработки / В. А. Пилипенко, В. Н. Пономарь, В. А. Горушко // ИФЖ. 2003. Т. 76, № 4. С. 95–98.Pilipenko V. A., Ponomar V. N., Horushko V. A. (2003) Control of Properties of Thin-Film Systems Using Pulsed Photon Processing. IFJ = EPJ. 76 (4), 95–98 (in Russian).Моделирование морфологии пленок алюминия до и после различных видов термообработки / В. А. Пилипенко [и др.] // ИФЖ. 2003. Т. 76, № 4. С. 99–103.Pilipenko V. A., Ponomar V. N., Molofeev V. M., Mikhnyuk A. N., Borzdov V. M. (2003) Modeling the Morphology of Aluminum Films before and after Various Types of Heat Treatment. IFJ = EPJ. 76 (4), 99–103 (in Russian).Токоперенос по металлическим шунтам в омических контактах n+-Si / А. В. Саченко [и др.] // Физика и техника полупроводников. 2014. Т. 48, вып. 4. С. 509–514.Savchenko A. V., Belyaev A. E., Pilipenko V. A., Petlitskaya T. V., Anishchik V. M., Boltovets N. S., Konakova R. V., Kudrik Ya. Ya., Vinogradov A. O., Sheremet V. N. (2014) Current Transfer via Metal Shunts in Ohmic Contacts n+-Si]. Fizika i Texnologiya Poluprovodnikov = Physics and Technology of Semiconductors. 48 (4), 509–514 (in Russian).Sze, S. M. Semiconductor Devices: Physics and Technology / S. M. Sze, Lee M. K. New York: John Wiley & Sons Singapore Pte. Limited, 2012.Sze S. M., Lee M. K. (2012) Semiconductor Devices: Physics and Technology. New York, John Wiley & Sons Singapore Pte. Limited.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.