ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЛОТНОЙ ПЛАЗМЫ СВЧ РАЗРЯДА НА ПАРАМЕТРЫ СТРУКТУР ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

July 1, 2012 by admin Комментировать »

Бордусов С. В. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Беларусь, 220027, Минск, П. Бровки, 6 E-mail: Bordusov@gw.bsuir.unibel.by

Аннотация Существующие методы вакуумноплазменной обработки (методы очистки, травления, осаждения материалов) вносят, как правило, значительную дополнительную дефектность в кристаллическую структуру приповерхностных слоев и пленок [1-4], что ухудшает их электрофизические свойства, а значит, и параметры приборов, изготовленных на их основе. Результаты измерений параметров структур ИС после СВЧ плазмохимической обработки показали, что проводимый в целях удаления фоторезистивных маскирующих пленок процесс не вызывает каких-либо заметных эффектов электрической деградации КМОП-структур и может быть использован на операциях фотолитографии при производстве сверхбольших интегральных схем.

I.  Введение

При плазменной обработке возможны радиационные повреждения и изменения электрофизических свойств обрабатываемых материалов в результате ионной и электронной бомбардировок, а также низкоэнергетического рентгеновского и ультрафиолетового излучений (последнее превалирует в случае травления при большой мощности разряда). Во многих случаях эта проблема легко решается с помощью относительно короткого отжига при температурах 700800 К.

Большую группу дефектов, возникающих в результате плазменного воздействия, составляют дефекты, связанные с нарушением электрических режимов функционирования сформированных структур в результате электрических пробоев, искажения зонной структуры поверхностных слоев материала, атомного смещения, формирования наведенного заряда и т.д., которые появляются при воздействии концентрированных потоков энергии, сопутствующих контакту плазмы с поверхностью (заряженные частицы, разность плазменных потенциалов, индуцируемые электромагнитными полями вихревые токи).

В последние годы наблюдается все более широкое промышленное применение в процессах производства изделий электронной техники сверхвысокочастотного (СВЧ) разряда (так называемой микроволновой плазмы) [5,6]. Неравновесная плазма СВЧ разрядов позволяет осуществлять плазмохимические процессы при низкой температуре газа, но при более высокой температуре электронов. Такие особенности работы СВЧ генераторов плазмы, как отсутствие электродов, возможность осуществления режима, при котором нагрузка не влияет на работу СВЧ генератора, высокий КПД преобразования тока промышленной частоты в СВЧ ток, обуславливают пристальное внимание к ним исследователей и практиков. Широкое применение низкотемпературной плазмы СВЧ разряда в научных исследованиях и технологиях стимулирует интенсивное развитие этих методов генерации плазмы.

II.   Основная часть

Некоторые из основных проблем, возникающих при плазменной обработке твердотельных структур, это потеря функционирования, изменение характеристик приборов и даже восстановление функционирования изначально неисправных устройств.

Причинами, вызывающими нарушение функционирования и ухудшение параметров микроэлектронных устройств в случае СВЧ плазмохимической обработки могут быть следующие:

пробой подзатворного оксида в результате зарядовых эффектов;

сдвиг уровня порогового напряжения, обуславливаемый генерацией энергетических фотонов; рост утечек в результате бомбардировки энергетичными ионами и электронами.

Целью работы являлось исследование влияния плазмы СВЧ разряда, находящейся в электрическом контакте с обрабатываемыми полупроводниковыми структурами, на их функциональные характеристики и электрофизические параметры.

Изучение деградирующего действия СВЧ плазмохимической обработки, служащей для проведения операции сухого удаления фоторезистивных маскирующих слоев, проводилось на реальных транзисторах, а не на тестовых металл-окисел-полупроводник (МОП) структурах, так как в этом случае обеспечивается более точная регистрация деградации параметров структур интегральных схем и возможность прямого измерения электрических характеристик активных структур, критичных к плазменному воздействию [7].

Эксперименты проводились в реакторе СВЧ плазмохимической установки, созданной на базе резонатора прямоугольной формы с частичным заполнением плазмой объема резонирующей камеры [8].

Исследования проводились с тестовыми структурами пи р-канальных МОП-транзисторов стандартной конфигурации с длиной и шириной канала для пМОП структур 2,4 мкм и 50 мкм или 2,6 мкм и 1,4 мкм и 50 мкм или 2,6 мкм соответственно, а для р-МОП структур 2,6 мкм и 50 мкм или 3,0 мкм и 1,6 мкм и 50 мкм или 3,0 мкм соответственно.

Тестовые структуры имели двухуровневую металлизацию со слоем подзатворного оксида толщиной 250 А. Ни одна из структур не имела защитных диодов.

Тестовые структуры располагались в матрицах, размещаемых на скрайберных дорожках равномерно на полупроводниковой пластине диаметром 150 мм. Тестовые структуры размещались на подложке крестообразно с 10 и 11 матрицами в вертикальном и горизонтальном по отношению к базовому срезу направлениях. В качестве измеряемых и контролируемых параметров структур служили: пороговые напряжения транзисторов; ток стока транзистора при напряжении на затворе транзистора 5 В; пробивные напряжения транзисторов; переходное сопротивление контакта между первым и вторым уровнем металлизации; переходное сопротивление между монокремнием п+ типа проводимости и первым уровнем металла; переходное сопротивление между первым (нижним) слоем металлизации и поликремнием.

Электрические измерения выполнялись по стандартной методике операционного контроля вольтамперных характеристик тестовых структур на компьютеризированной зондовой системе типа АИКТЕСТ 2, обеспечивающей высокое качество измерений, проведение необходимых вычислений и статистической обработки экспериментальных данных с графическим представлением результатов на дисплее и их документированием в режиме реального времени.

Анализ результатов плазменного воздействия проводился путем сравнения данных измерений проведенных до и после плазмохимической обработки.

Режимы процесса СВЧ плазмохимического воздействия (СВЧ мощность, давление плазмообразующего газа, время обработки, расположение подложки в разрядной камере) соответствовали максимально жестким условиям проведения процесса СВЧ плазмохимического удаления фоторезиста в зоне СВЧ разряда.

Результаты измерений параметров структур после СВЧ плазмохимической обработки подложки в течении 15 минут показали, что изменений характеристик тестовых структур после плазменной обработки не обнаружено.

Зафиксированные измерителем отклонения численных значений измеряемых параметров не выходили за пределы погрешности измерений.

III.   Заключение

Таким образом, как свидетельствуют результаты проведенных экспериментов, процесс СВЧ плазмохимической обработки, проводимый в целях удаления фоторезистивных маскирующих пленок, не вызывает каких либо заметных эффектов электрической деградации КМОП-структур и может быть использован на операциях фотолитографии при производстве сверхбольших интегральных схем.

IV.   Литература

[1]    Данилин Б.С., Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов.

М: Энергоатомиздат, 1987. 264 с.

[2]    Плазменная технология в производстве СБИС: Пер. с англ. с сокращ. / Под ред. Н. Айнспрука, Д. Брауна. М.: Мир, 1987. 469 с.

[3]    Электрические пробои МОП структур важнейший фактор плазменной деградации микроэлектронных чипов / В.А. Рябый, В.П. Савинов, А.А. Спорыхин, В.Г. Якунин // Микроэлектроника. 1996. Т.25. №2. С.127 134.

[4]    Fonash S. J. Plasma processing damage in etching and deposition// IBM J.RES. DEVELOP. 1999. Vol. 43, N12. P. 103106.

[5]    Бордусов С. В. СВЧ плазменные процессы в микроэлектронной технологии // Электронная обработка материалов. 2001. №3 (209). С.72 78.

[6]    Плазменные процессы в производстве электронной техники. В 3 т. Т. 2 / А.П.Достанко, С.В. Бордусов,

И.В. Свадковский и др.; Под. общ. ред. А.П. Достанко. Мн.:ФУАинформ, 2001. 244 с.

[7]    Degradation measurements using fully processed test transistors in hight density plasma reactors for failure analysis / R. Muniady, R.Boylan, R. Chin e.a. // J.Vac.Sci. Technol. B. 1997. Vol. 15 N 6. P. 1913-1918.

[8]    Бордусов С. В. Конструктивные особенности установки и технологические процессы СВЧ плазменной обработки материалов в условиях низкого вакуума // Материалы, технологии, инструменты. 2001. Т.6, № 4.

С. 62-64.

THE INFLUENCE OF DENSE PLASMA OF MICROWAVE DISCHARGE ON THE PARAMETERS OF IC STRUCTURES

Bordusov S. V.

Belarussian State University of Informatics and Radioelectronics,

6 P. Brovki, Minsk, Belarus, 220027 phone (8017) 2398088 e-mail: bordusov@gw. bsuir. unibel.by

Abstract The existing techniques of vacuum plasma processing (cleaning, etching, deposition of materials) usually introduce significant additional structural imperfections into nearsurface layers and films compromising their electrophysical properties and, consequently, parameters of devices manufactured on their basis.

This research has focused on the influence of the microwave discharge plasma contacting electrically with processed semiconductor structures on their performance and electrophysical parameters.

The study of the degrading action of the microwave plasmachemical processing used for a dry removal of photoresist masking layers was carried out on actual transistors and not on test metal-oxide semiconductors (MOS), therefore providing a more accurate registering ofthe IC parameters degradation and offering the possibility of directly measuring electric characteristics of active structures critical to plasma influence.

Parameters of the microwave plasmachemical treatment process (microwave power, plasmaforming gas pressure, processing time, arrangement of a substrate in a discharge chamber) complied with the extremely rigid demands imposed on the process of a microwave plasmachemical removal of photoresists in a microwave discharge zone.

The results of measuring the IC structures parameters after the microwave plasmachemical processing have shown that the process of removing photoresist masking films does not result in a noticeable electric degradation of complementary metal-oxide semiconductors (CMOS) and may be used in photolithography operations during the manufacture of very large ICs.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты