pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2024-15-2-142-150pimi-874Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsСтруктура планарной поверхности кремниевых пластин до и после быстрой термообработкиStructure of Silicon Wafers Planar Surface before and after Rapid Thermal TreatmentПилипенкоВ. А.PilipenkoU. A.

ул. Казинца, 121А, г. Минск 220108, Беларусь

Kazinca str., 121A, Minsk 220108, Belarus

СергейчикА. А.SergeichikA. A.

Адрес для переписки:Сергейчик А.А. –ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»,ул. Казинца, 121А, г. Минск 220108, Беларусьe-mail: anna.omelchenko.13177@mail.ru

Address for correspondence:Sergeichik A.A. –JSC «Integral» – «Integral» Holding Management Company,Kazinca str., 121A, Minsk 220108, Belaruse-mail: anna.omelchenko.13177@mail.ru

anna.omelchenko.13177@mail.ruШестовскийД. В.ShestovskiD. V.

ул. Казинца, 121А, г. Минск 220108, Беларусь

Kazinca str., 121A, Minsk 220108, Belarus

СолодухаВ. А.SolodukhaV. A.

Логойский тракт, 22, г. Минск 220113, Беларусь

Logoiskiy trakt, 22, Minsk 220113, Belarus

Интеграл ОАО – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»БеларусьIntegral JSC – «Integral» Holding Management CompanyBelarus«Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника» ГНПО НАН БеларусиБеларусь«Optics, optoelectronics and laser equipment» SSPC National Academy of SciencesBelarus202423072024152142150Copyright © Пилипенко В.А., Сергейчик А.А., Шестовский Д.В., Солодуха В.А., 20242024Пилипенко В.А., Сергейчик А.А., Шестовский Д.В., Солодуха В.А.Pilipenko U.A., Sergeichik A.A., Shestovski D.V., Solodukha V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/874

На сегодня важной задачей при создании современных изделий микроэлектроники является устранение на поверхности пластин механически нарушенного слоя. Быстрая термообработка оптическими импульсами секундной длительности является одним из методов устранения нарушений кристаллической решётки, возникающих после ионного легирования. Однако, остался открытым вопрос восстановления кристаллической структуры поверхностного механически нарушенного слоя на планарной стороне пластины. Проведение данных исследований методами просвечивающей электронной микроскопии, анализа кривых дифракционного отражения и электронной Ожеспектроскопии не позволило получить достоверную информацию о состоянии кристаллической решётки в поверхностном слое толщиной менее 30 нм, который является ответственным за структурное совершенство подзатворных диэлектриков толщиной менее 75 нм. Это, в свою очередь, не позволяло предложить модель твердофазной рекристаллизации и дать её математическое описание. Целями работы являлись: – установление методом дифракции обратно отражённых электронов от поверхности исходных кремниевых пластин состояния кристаллической решётки кремния в поверхностном слое толщиной менее 30 нм до и после быстрой термообработки; – проведение анализа элементного состава загрязнения поверхности исходного кремния до и после быстрой термообработки; – разработка модели твердофазной рекристаллизации поверхностного нарушенного слоя после быстрой термической обработки и её математическое описание. Приведены картины дифракции обратно отражённых электронов от поверхностного слоя исходных кремниевых пластин толщиной менее 30 нм до и после быстрой термообработки, а также результаты очистки планарной поверхности исходных кремниевых пластин от загрязняющих примесей. Предложены процессы, уменьшающие энергию активации процесса рекристаллизации механически нарушенного поверхностного слоя кремния и дано его математическое описание. Определены параметры быстрой термообработки, обеспечивающие минимизацию воздействия температуры на кремниевую пластину для рекристаллизации механически нарушенного слоя на её планарной поверхности.

Presently it is important to remove mechanically disturbed layer on wafer surface during creation of up-to-date microelectronic products. Rapid thermal treatment with optical pulses of second duration is one of the applicable methods for removing disturbances in crystal lattice emerging after ion implantation. However the crystal structure of mechanically disturbed layer on wafer planar side is still unclear. Researches by transmission electronic method, analysis of diffraction reflection curve and electronic Auger spectroscopy has failed to provide reliable data about the state of crystal lattice in surface layer of at least 30 nm thickness. Hence it was impossible to suggest a model of solid phase recrystallization and to present its mathematical description. The goals of the work were as follows: – identify of silicon crystal lattice state in surface layer of 30 nm thickness before and after rapid thermal treatment by backward reflected electrons diffraction method using raw Si wafers surface; – analysis of contamination element composition on the surface of raw silicon before and after rapid thermal treatment; – model development for solid phase recrystallization of surface disturbed layer after rapid thermal treatment and its mathematical description. Images of back ward reflected electrons diffraction using surface layer of raw silicon wafers' of 30 nm thickness and also the results of the planar surface of raw silicon wafers' cleaning from impurities are provided. Processes reducing the activating energy of mechanically disturbed silicon layer recrystallization process were suggested and its mathematical description was provided. Parameters of rapid thermal treatment mitigating the thermal impact on silicon wafer for recrystallization of mechanically disturbed layer on its planar surface ware defined.

быстрая термическая обработканарушенный слойкремниевая пластинатвердофазная рекристаллизациядеформационный потенциалrapid thermal treatmentdisrupted layersilicon wafersolid phase recrystallizationdeformation potentialReferencesШаныгин В.Я. Получение атомарно-чистых поверхностей кремния в низкоэнергетической СВЧ плазме низкого давления / В.Я. Шаныгин, Р.К. Яфаров // Журнал технической физики. – 2009. – Т. 79, вып. 12. – С. 73–78.Shanygin VYa, Yafarov RK. Obtaining atomically clean silicon surfaces in low-energy low-pressure microwaveplasma. Journal of technical physics. 2009;79(12):73–78.Красников Г.Я. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП-транзисторов: в 2 ч. / Г.Я. Красников – М.: Техносфера, 2002. – Ч. 1. – 416 с.Krasnikov GYa. Design and technological features of submicron MOS transistors: In 2 hours. M.: Technosfera, 2002. Part 1. 416 p.Пилипенко В.А. Свойства поверхности кремния после лазерной обработки импульсами наносекундной длительности / В.А. Пилипенко [и др.] // Инженернофизический журнал. – 2008. – Т. 81, № 3. – С. 592–595.Pilipenko VA, Gorushko VA, Vecher DV, Syakersky VS, Petlitskaya TV. Surface properties of silicon after laser treatment with nanosecond pulses. 2008;81(3):592– 595.Gorushko V. Re-crystallization of Silicon during Rapid Thermal Treatment / V. Gorushko, A. Omelchenko, V. Pilipenko, V. Solodukha // Przeglad Electrotechniczny. – 2018. – Vol. 94, № 5. – Рр. 196–198.Gorushko V, Omelchenko A, Pilipenko V, Solodukha V. Recrystallization of Silicon during Rapid Thermal Treatment. Przeglad Electrotechniczny. 2018;94(5):196–198.Пилипенко В.А. Твердофазная рекристаллизация механически нарушенного слоя кремния при быстрой термообработке / В.А. Пилипенко [и др.] // Доклады национальной академии наук Беларуси. – 2018. – Т. 62, № 3. – С. 347–352.Pilipenko VA. [et al.] Solidphase recrystallization of the mechanically disturbed silicon layer the during the rapid thermal treatment. Reports of the National Academy of Sciences of Belarus. 2018;62(3):347–352.Достанко А.П. Инновационные технологии и оборудование субмикронной электроники / А.П. Достанко [и др.]; под общ. ред. акад. А.П. Достанко. – Минск: Беларуская навука, 2020. – 260 c.Dostanko AP [etc.] Innovation technologies and equipment of submicron electronics; ed. by Academ. Minsk: Belaruskaya Navuka, 2020:260 p.Borisenko V.E. Rapid Thermal Processing of Semiconductors / V.E. Borisenko, P.J. Hesketh – New York: Plenum Press, 1997. – 385 р.Borisenko VE, Hesketh PJ. Rapid Thermal Processing of Semiconductors. New York: Plenum Press, 1997:385 р.Киреев В.Ю. Быстрые термические процессы – новый этап в развитии микроэлектронной технологии / В.Ю. Киреев, А.С. Цимбалов // Микроэлектроника. – 2001. – Т. 30, № 4. – С. 266–278.Kireev VYu, Tsimbalov AS. Rapid thermal processes – a new stage in the development of microelectronic technology. Microelectronics. 2001;30(4):266–278.Пилипенко В.А. Физические основы быстрой термообработки. Геттерирование, отжиг ионнолегированных слоев, БТО в технологии СБИС / В.А. Пилипенко[и др.] – Минск: БГУ, 2001. – 146 с.Pilipenko VA [et al.] Physical foundations of rapid heat treatment. Gettering, annealing of iondoped layers, BTO in VLSI technology. Minsk: BGU, 2001:146 p.Солодуха В.А. Измерение глубины нарушенного слоя на поверхности кремниевых пластин методом оже-спектроскопии / В.А. Солодуха, А.И. Белоус, Г.Г. Чигирь // Наука и техника. – 2016. – Т. 15, № 4. – С. 329–334.Solodukha VA, Belous AI, Chigir GG. Measurement of the depth of the damaged layer on the surface of silicon wafers by Auger spectroscopy. Science and Technology. 2016;15(4):329–334.

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