Энергодисперсионный рентгеновский микроанализ – как метод исследования границы раздела алюминийполикремний после воздействия длительного и быстрого термических отжигов

Энергодисперсионный рентгеновский микроанализ является одним из основных методов по определению элементного состава вещества. Обладая высокой локальностью и относительно малой глубиной проникновения электронного луча (< 1 мкм), данный метод нашёл широкое применение в области микроэлектроники, как основной метод анализа элементного состава вещества. Метод позволяет исследовать поверхность вещества как точечно, так и по площади с построением карт распределения элементов. В работе исследовалось влияние длительной и быстрой термообработок на формирование границы раздела алюминий-поликремний с целью изучения формирования омических контактов в элементной базе интегральных микросхем. Исследование границы раздела алюминий-поликремний осуществлялось методом энергодисперсионного рентгеновского микроанализа. Установлено, что при длительном термическом отжиге (450 ºС, 20 мин) поликремний полностью растворяется в алюминии с последующей его сегрегацией в виде отдельных агломератов в плёнке алюминия, что может привести к полному отказу работоспособности интегральной микросхемы. При быстром термическом отжиге (450 ºС, 7 с) такого явления не обнаружено. Таким образом, быстрый термический отжиг целесообразно использовать в качестве альтернативной замены традиционного длительного термического отжига в микроэлектронике. Такая замена позволяет существенно уменьшить растворение поликремния в алюминии, избежать разрушения омических контактов и поднять процент выхода годных изделий в процессе изготовления интегральных микросхем.

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

2. Демидов А.А. Современные и перспективные полупроводниковые материалы для микроэлектроники следующего десятилетия (2020-2030 гг.) / А.А. Демидов, С.Б. Рыбалка // Прикладная математика и физика. 2021. Т. 53, № 1. С. 53–72.

3. Розанов Ю.К. Силовая электроника. Эволюция и применение. М.: Знак, 140, 2018.

4. Гольцова М. Силовая полупроводниковая электроника. Многообещающие технологии становятся реальностью. Электроника НТБ. 4:54-100, 2014.

5. Афонин Н.Н. Модель взаимодиффузии при формировании тонких плёнок металлов на монокристаллическом кремнии в условиях ограниченной растворимостикомпонентов/ Н.Н. Афонин, В.А. Логачева // Конденсированные среды и межфазные границы. 2022. Т. 24, № 1. С. 129–135.

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

7. 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.

8. Пилипенко В.А. 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.

9. Walther T. Measurement of nanometer-scale gate oxide thicknesses by energy-dispersive X-ray spectroscopy in a scanning electron microscope combined with Monte Carlo simulations / T. Walther // Nanomaterials. 2021, vol. 11–2117.

10. Sabu T. Microscopy methods in nanomaterials characterization / T. Sabu [et al.] // Elsevier, 2017.