bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2024-22-5-5-11bsuir-3975Research ArticleСтатьиВлияние быстрой термообработки при формировании контактов алюминий-поликремний на электрические параметры КМОП микросхемThe Influence of Rapid Heat Treatment During the Formation of Aluminum-Polysilicon Contacts on the Electrical Parameters of CMOS MicrocircuitsПилипенкоВ. А.PilipenkoV. A.

Пилипенко В. А., д-р техн. наук, проф., чл.-корр. НАН Беларуси, зам. дир. по научному развитию Государственного центра «Белмикроанализ», ОАО «ИНТЕГРАЛ»

г. Минск

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

Minsk

КовальчукН. С.KovalchukN. S.

Ковальчук Н. С., канд. техн. наук, доц., первый зам. глав. инж.

г. Минск

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

Minsk

СоловьёвЯ. А.SolovjovJa. A.

Соловьёв Я. А., канд. техн. наук, доц., зам. дир. филиала «Транзистор»

г. Минск

Solovjov Ja. А., Cand. of Sci., Assoсiate Professor, Deputy Director of “Transistor” Branch

Minsk

ШестовскийД. В.ShestovskiD. V.

Шестовский Д. В., инж.-техн. отдела перспективных технологических процессов

г. Минск

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

Minsk

ЖигулинД. В.ZhyhulinD. V.

Жигулин Дмитрий Владимирович, нач. сектора физико-технического анализа Государственного центра «Белмикроанализ»

220108, г. Минск, ул. Казинца, 121а

Тел.: +375 29 684-43-35

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

220108, Minsk, Kazintsa St.,121а

Tel.: +375 29 684-43-35

zhygulin@mail.ruОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»JSC “INTEGRAL” – Manager Holding Company “INTEGRAL”202424102024225511Copyright © Пилипенко В.А., Ковальчук Н.С., Соловьёв Я.А., Шестовский Д.В., Жигулин Д.В., 20242024Пилипенко В.А., Ковальчук Н.С., Соловьёв Я.А., Шестовский Д.В., Жигулин Д.В.Pilipenko 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/3975

Рассмотрено влияние быстрой термической обработки (450 °С, 7 с) на электрические параметры КМОП интегральных микросхем при формировании омического контакта между алюминиевой металлизацией и поликремнием. В качестве анализируемых параметров n- и p-канальных транзисторов были выбраны следующие вольт-амперные характеристики зависимости тока стока от напряжения: на затворе при диодном включении; на стоке при различных напряжениях на затворе; на стоке в режиме пробоя канала без подачи потенциала на затвор. Сравнение этих параметров проводилось относительно микросхем, изготовленных с применением стандартной технологии (450 °С, 20 мин) для формирования данных контактов. Анализ результатов показал, что применение быстрой термической обработки для формирования омического контакта алюминий-поликремний позволяет значительно улучшить вышеуказанные характеристики n-МОП- и р-МОП-транзисторов. Из вольт-амперных характеристик n- и р-канальных транзисторов следует, что в области напряжений на затворе более 0,65 В ток стока после длительной термообработки выше, чем после быстрой. Анализ вольт-амперной характеристики тока стока от напряжения на стоке показал, что ток стока при использовании длительной термообработки значительно выше, чем после быстрой термообработки. При этом для длительной термообработки имеют место уменьшение напряжения пробоя канала только для n-канальных транзисторов и увеличение тока стока в области более 5 В как для n-, так и для р-канальных транзисторов. Такие улучшения протекают за счет исключения образования конгломератов поликремния в алюминиевом контакте, значительного уменьшения эпитаксиальной рекристаллизации кремния, легированного алюминием, на поверхности кремния, а также снижения микрорельефа границы раздела данного контакта и уменьшения роста размера контактных окон за счет бокового взаимодействия алюминия с поликремнием.

The influence of rapid heat treatment (450 °C, 7 s) on the electrical parameters of CMOS integrated circuits during the formation of ohmic contact between aluminum metallization and polysilicon is considered. The following volt-ampere characteristics of the dependence of drain current on voltage were chosen as the analyzed parameters of n- and p-channel transistors: at the gate when diode-connected; on the drain at different gate voltages; on the drain in the channel breakdown mode without applying potential to the gate. A comparison of these parameters was carried out with respect to microcircuits manufactured using standard technology (450 °C, 20 min) to form these contacts. Analysis of the results showed that the use of rapid heat treatment to form an ohmic aluminum-polysilicon contact can significantly improve the above characteristics of n-MOS and p-MOS transistors. From the current-voltage characteristics of n- and p-channel transistors it follows that in the region of gate voltages greater than 0.65 V, the drain current after long-term heat treatment is higher than after quick heat treatment. Analysis of the current-voltage characteristics of the drain current versus the drain voltage showed that the drain current when using long-term heat treatment is significantly higher than after rapid heat treatment. In this case, for long-term heat treatment, there is a decrease in the channel breakdown voltage only for n-channel transistors and an increase in the drain current in the region of more than 5 V for both n- and p-channel transistors. Such improvements occur by eliminating the formation of polysilicon conglomerates in the aluminum contact, significantly reducing the epitaxial recrystallization of silicon doped with aluminum on the silicon surface, as well as reducing the microrelief of the interface of this contact and reducing the growth in the size of contact windows due to the lateral interaction of aluminum with polysilicon.

быстрая термическая обработкаомические контактытемпературная нагрузкавольт-амперная характеристикаrapid heat treatmentohmic contactstemperature loadcurrent-voltage characteristicsReferencesПилипенко, В. А. Быстрые термообработки в технологии СБИС / В. А. Пилипенко. Минск: Изд. центр Бел. гос. ун-та, 2004.Pilipenko V. A. Rapid Thermal Processing in VLSI Technology. Minsk, Publishing Center of Belarusian State University (in Russian).Влияние термической нагрузки при формировании контактов Al-Al на электрические параметры интегральных микросхем с контактами Al-поликремний / В. А. Пилипенко [и др.] // Доклады БГУИР. 2022. Т. 20, № 7. С. 20–27.Pilipenko V. A., Soloduha V. A., Kovalchuk N. S., Solovjov Ja. A., Shestovski D. V., Zhyhulin D. V. (2022) Thermal Load Influence During the Formation of Al-Al contacts on the Electrical Parameters of the Integrated Circuits with Al-Polysilicon Contacts. Doklady BGUIR. 20 (7), 20–27 (in Russian).Влияние длительной и быстрой термообработок на формирование границы раздела алюминий-поликремний / В. А. Пилипенко [и др.] // Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2023. № 2. С. 51–57.Pilipenko V. A., Kovalchuk N. S., Shestovski D. V., Zhyhulin D. V., Anischik V. M., Ponariadov V. V. (2023) The Influence of Long-Term and Rapid Heat Treatments on the Formation of the Aluminum-Polysilicon Interface. Journal of the Belarusian State University. Physics. (2), 51–57 (in Russian).Фазы внедрения в технологии полупроводниковых приборов и СБИС / О. А. Агеев [и др.]. Харьков: Науч.-технол. комплекс «Институт монокристаллов» НАН Украины, 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, Scientific and Technological Complex “Institute of Single Crystals” of the National Academy of Sciences of Ukraine (in Russian).Афонин, Н. Н. Модель взаимодиффузии при формировании тонких пленок металлов на монокристаллическом кремнии в условиях ограниченной растворимости компонентов / Н. Н. Афонин, В. А. Логачева // Конденсированные среды и межфазные границы. 2022. Т. 24, № 1. С. 129–135.Afonin N. N., Logachova V. A. (2022) Model of the Formation of Thin Films of Metals on Single-Crystalline Silicon Under Conditions of Limited Solubility of Components. Condensed Matter and Interphase Boundaries. 24 (1), 129–135 (in Russian).Пилипенко, В. А. 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., Gorushko V. A. (1990) Interactions of Silicon with Aluminum During Photonic Processing. Electronic Equipment. 2 (3), 24–28 (in Russian).Пилипенко, В. А. Управление свойствами тонкопленочных систем с применением импульсной фотонной обработки / В. А. Пилипенко, В. Н. Пономарь, В. А. Горушко // Инженерно-физический журнал. 2003. Т. 76, № 4. С. 95–98.Pilipenko V. A., Ponomar V. N., Gorushko V. A. (2003) Controlling the Properties of Thin Film Systems Using Pulsed Photonic Processing. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 76 (4), 95–98 (in Russian).Влияние временных режимов термообработки на микроструктуру системы Pt-Si / В. А. Солодуха [и др.] // Доклады БГУИР. 2020. Т. 18, № 2. С. 105–111.Soloduha V. A., Pilipenko V. A., Komarov F. F., Gorushko V. A. (2020) Influence of Time Modes of Thermal Treatment on Pt-Si System Microstructure. Doklady BGUIR. 18 (2), 105–111 (in Russian).Формирование подзатворного диэлектрика нанометровой толщины методом быстрой термообработки / Н. С. Ковальчук [и др.] // Доклады БГУИР. 2021. Т. 19, № 4. С. 103–112.Kovalchuk N. S., Оmelchenko А. А., Pilipenko V. А., Soloduha V. A., Shestovski D. V. (2021) Formation of a Gate Dielectric of Nanometer Thickness Using Rapid Heat Treatment. Doklady BGUIR. 19 (4), 103–112 (in Russian).Шугуров, А. Р. Механизмы возникновения напряжений в тонких пленках и покрытиях / А. Р. Шугуров, А. В. Панин // Журнал технической физики. 2020. Т. 90, вып. 12. С. 1971–1994.Shugurov А. R., Panin А. V. (2020) Mechanisms of Stressgeneration in Thin Films and Coatings. Journal of Technical Physics. 90 (12), 1971–1994 (in Russian).Sachenko, A. V. Current Flow Through Metal Shunts in Ohmic Contacts to n+-Si // A. E. Belyaev, V. A. Pilipenko // J. Semiconductors. 2014. Vol. 48, No 4. Р. 492–496.Sachenko A. V., Pilipenko V. A. (2014) Current Flow Through Metal Shunts in Ohmic Contacts to n+-Si. J. Semiconductors. 48 (4), 492–496.

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