Бордусов С. В. Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки Білорусь, 220027, Мінськ, П. Бровки, 6 E-mail: Bordusov@gw.bsuir.unibel.by

Анотація Існуючі методи вакуумноплазменной обробки (методи очищення, травлення, осадження матеріалів) вносять, як правило, значну додаткову дефектність в кристалічну структуру приповерхневих шарів і плівок [1-4], що погіршує їх електрофізичні властивості, а значить, і параметри приладів, виготовлених на їх основі. Результати вимірювань параметрів структур ІС після СВЧ плазмохимической обробки показали, що проводиться з метою видалення фоторезистивной маскирующих плівок процес не викликає яких-небудь помітних ефектів електричної деградації КМОП-структур і може бути використаний на операціях фотолітографії при виробництві надвеликих інтегральних схем.

I. Вступ

При плазмовій обробці можливі радіаційні пошкодження і зміни електрофізичних властивостей оброблюваних матеріалів в результаті іонної і електронної бомбардувань, а також низькоенергетичного рентгенівського і ультрафіолетового випромінювань (останнє превалює у випадку травлення при великій потужності розряду). У багатьох випадках ця проблема легко вирішується за допомогою відносно короткого відпалу при температурах 700800 К.

Велику групу дефектів, що виникають в результаті плазмового впливу, становлять дефекти, пов’язані з порушенням електричних режимів функціонування сформованих структур в результаті електричних пробоїв, спотворення зонної структури поверхневих шарів матеріалу, атомного зміщення, формування наведеної заряду і т.д., які з’являються при впливі концентрованих потоків енергії, супутніх контакту плазми з поверхнею (заряджені частинки, різниця плазмових потенціалів, індуковані електромагнітними полями вихрові струми).

В останні роки спостерігається все більш широке промислове застосування в процесах виробництва виробів електронної техніки надвисокочастотного (НВЧ) розряду (так званої мікрохвильової плазми) [5,6]. Нерівноважна плазма СВЧ розрядів дозволяє здійснювати плазмохімічні процеси при низькій температурі газу, але при більш високій температурі електронів. Такі особливості роботи СВЧ генераторів плазми, як відсутність електродів, можливість здійснення режиму, при якому навантаження не впливає на роботу СВЧ генератора, високий ККД перетворення струму промислової частоти в СВЧ струм, обумовлюють пильну увага до них дослідників і практиків. Широке застосування низькотемпературної плазми НВЧ розряду в наукових дослідженнях і технологіях стимулює інтенсивний розвиток цих методів генерації плазми.

II. Основна частина

Деякі з основних проблем, що виникають при плазмової обробки твердотільних структур, це втрата функціонування, зміна характеристик приладів і навіть відновлення функціонування спочатку несправних пристроїв.

Причинами, що викликають порушення функціонування і погіршення параметрів мікроелектронних пристроїв в разі СВЧ плазмохимической обробки можуть бути наступні:

пробою подзатворного оксиду в результаті зарядових ефектів;

зрушення рівня порогового напруги, обумовлює генерацією енергетичних фотонів; зростання витоків у результаті бомбардування енергетичним іонами і електронами.

Метою роботи було дослідження впливу плазми НВЧ розряду, що знаходиться в електричному контакті з робочою напівпровідниковими структурами, на їх функціональні характеристики та електрофізичні параметри.

Вивчення деградуючого дії СВЧ плазмохимической обробки, що служить для проведення операції сухого видалення фоторезистивной маскирующих шарів, проводилося на реальних транзисторах, а не на тестових метал-окисел-напівпровідник (МОП) структурах, так як в цьому випадку забезпечується більш точна реєстрація деградації параметрів структур інтегральних схем і можливість прямого вимірювання електричних характеристик активних структур, критичних до плазмового впливу [7].

Експерименти проводилися в реакторі СВЧ плазмохимической установки, створеної на базі резонатора прямокутної форми з частковим заповненням плазмою обсягу резонуючій камери [8].

Дослідження проводилися з тестовими структурами пі р-канальних МОН-транзисторів стандартної конфігурації з довжиною і шириною каналу для ПМОП структур 2,4 мкм і 50 мкм або 2,6 мкм і 1,4 мкм і 50 мкм або 2,6 мкм відповідно, а для р-МОП структур 2,6 мкм і 50 мкм або 3,0 мкм і 1,6 мкм і 50 мкм або 3,0 мкм відповідно.

Тестові структури мали дворівневу металізацію з шаром подзатворного оксиду товщиною 250 А. Жодна зі структур не мала захисних діодів.

Тестові структури розташовувалися в матрицях, що розміщуються на скрайберних доріжках рівномірно на напівпровідниковій пластині діаметром 150 мм. Тестові структури розміщувалися на підкладці хрестоподібно з 10 і 11 матрицями в вертикальному і горизонтальному по відношенню до базового зрізу напрямках. В якості вимірюваних і контрольованих параметрів структур служили: порогові напруги транзисторів; струм стоку транзистора при напрузі на затворі транзистора 5 В; пробивні напруги транзисторів; перехідний опір контакту між першим і другим рівнем металізації; перехідний опір між монокремнію п+ типу провідності і першим рівнем металу; перехідний опір між першим (нижнім) шаром металізації і полікремнію.

Електричні вимірювання виконувалися за стандартною методикою операційного контролю вольтамперних характеристик тестових структур на комп’ютеризованої зондової системі типу АІКТЕСТ 2, що забезпечує високу якість вимірювань, проведення необхідних обчислень і статистичної обробки експериментальних даних з графічним представленням результатів на дисплеї та їх документуванням в режимі реального часу.

Аналіз результатів плазмового впливу проводився шляхом порівняння даних вимірювань проведених до і після плазмохимической обробки.

Режими процесу СВЧ плазмохімічного впливу (СВЧ потужність, тиск плазмообразующего газу, час обробки, розташування підкладки в розрядній камері) відповідали максимально жорстким умовам проведення процесу СВЧ плазмохімічного видалення фоторезиста в зоні СВЧ розряду.

Результати вимірювань параметрів структур після СВЧ плазмохимической обробки підкладки протягом 15 хвилин показали, що змін характеристик тестових структур після плазмової обробки не виявлено.

Зафіксовані вимірником відхилення чисельних значень вимірюваних параметрів не виходили за межі похибки вимірювань.

III. Висновок

Таким чином, як свідчать результати проведених експериментів, процес СВЧ плазмохимической обробки, що проводиться з метою видалення фоторезистивной маскирующих плівок, не викликає жодних помітних ефектів електричної деградації КМОП-структур і може бути використаний на операціях фотолітографії при виробництві надвеликих інтегральних схем.

IV. Література

[1] Данілін Б.С., Кірєєв В.Ю. Застосування низькотемпературної плазми для травлення та очищення матеріалів.

М: Вища школа, 1987. 264 с.

[2] Плазмова технологія в виробництві НВІС: Пер. з англ. з скороч. / Под ред. Н. Айнспрука, Д. Брауна. М.: Мир, 1987. 469 с.

[3] Електричні пробої МОП структур найважливіший фактор плазмової деградації мікроелектронних чіпів / В.А. Рябий, В.П. Савінов, А.А. Спорихін, В.Г. Якунін / / Мікроелектроніка. 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 плазмові процеси в мікроелектронної технології / / Електронна обробка матеріалів. 2001. № 3 (209). С.72 78.

[6] Плазмові процеси у виробництві електронної техніки. У 3 т. Т. 2 / А.П.Достанко, С.В. Бордусов,

І.В. Свадковський та ін; Під. заг. ред. А.П. Достанко. Мн.: ФУАінформ, 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. Конструктивні особливості установки і технологічні процеси СВЧ плазмової обробки матеріалів в умовах низького вакууму / / Матеріали, технології, інструменти. 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.