Влияние термической нагрузки при формировании контактов Al-Al на электрические параметры интегральных микросхем с контактами алюминий-поликремний

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.

1. Пилипенко, В. А. Быстрые термообработки в технологии СБИС / В. А. Пилипенко. Минск: Издательский центр БГУ, 2004.

2. Технология СБИС. Т. 2 / Под ред. С. М. Зи. М.: Мир, 1986.

3. Фазы внедрения в технологии полупроводниковых приборов и СБИС / О. А. Агеев [и др.]. Харьков: НТК Институт монокристаллов, 2008.

4. Физические основы быстрой термообработки. Создание многоуровневой металлизации / В. М. Анищик [и др.]. Минск: БГУ, 2000.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Моделирование морфологии пленок алюминия до и после различных видов термообработки / В. А. Пилипенко [и др.] // ИФЖ. 2003. Т. 76, № 4. С. 99–103.

11. 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.

12. Sze, S. M. Semiconductor Devices: Physics and Technology / S. M. Sze, Lee M. K. New York: John Wiley & Sons Singapore Pte. Limited, 2012.