Структура планарной поверхности кремниевых пластин до и после быстрой термообработки

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.

1. Шаныгин 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.

2. Красников Г.Я. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП-транзисторов: в 2 ч. / Г.Я. Красников – М.: Техносфера, 2002. – Ч. 1. – 416 с.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Borisenko V.E. Rapid Thermal Processing of Semiconductors / V.E. Borisenko, P.J. Hesketh – New York: Plenum Press, 1997. – 385 р.

8. 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.

9. 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.

10. 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.