Влияние быстрой термообработки при формировании контактов алюминий-поликремний на электрические параметры КМОП микросхем

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.

1. Пилипенко, В. А. Быстрые термообработки в технологии СБИС / В. А. Пилипенко. Минск: Изд. центр Бел. гос. ун-та, 2004.

2. 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.

3. 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.

4. Фазы внедрения в технологии полупроводниковых приборов и СБИС / О. А. Агеев [и др.]. Харьков: Науч.-технол. комплекс «Институт монокристаллов» НАН Украины, 2008.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Влияние временных режимов термообработки на микроструктуру системы Pt-Si / В. А. Солодуха [и др.] // Доклады БГУИР. 2020. Т. 18, № 2. С. 105–111.

9. Формирование подзатворного диэлектрика нанометровой толщины методом быстрой термообработки / Н. С. Ковальчук [и др.] // Доклады БГУИР. 2021. Т. 19, № 4. С. 103–112.

10. 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.

11. 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.