Механизм взаимодействия алюминия с поликремнием при формировании омического контакта методами длительной и быстрой термообработок

  • Владимир Александрович Пилипенко «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Наталья Станиславовна Ковальчук «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Владимирович Жигулин «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Викторович Шестовский «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь
  • Виктор Михайлович Анищик Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Васильевич Понарядов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Установлено, что формирование омического контакта между алюминием и поликремнием протекает за счет взаимной диффузии алюминия в поликремний и кремния в алюминий. Показано, что их диффузия в основном протекает по межзеренной области как в пленке поликремния, так и в пленке алюминия. Определены коэффициенты диффузии алюминия в поликремний и кремния в алюминий при температуре термообработки 450 °С, используемой при создании полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Отмечено, что диффузионные процессы подчиняются эффекту Киркендалла, приводящему к смещению межфазной границы алюминий – поликремний к поверхности пленки двуокиси кремния вплоть до полного растворения поликремния в алюминии. Образование конгломератов поликремния происходит при остывании пленки алюминия за счет выделения из нее на поверхность пленки SiO2 кремния. Выделение кремния начинается в местах расположения тройных точек (стыков трех зерен) в структуре пленки алюминия, поскольку из-за большой межзеренной области подвижность атомов кремния в них максимальна. В дальнейшем данные места становятся центрами сегрегации кремния, что и приводит к образованию конгломератов поликремния в пленке алюминия. В отличие от длительной термообработки применение быстрой термообработки не вызывает формирования таких конгломератов, а диффузионные процессы мало изменяют границу раздела алюминий – поликремний из-за короткого времени температурного воздействия.

Биографии авторов

Владимир Александрович Пилипенко, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор технических наук, член-корреспондент НАН Беларуси, профессор; заместитель директора по научному развитию государственного центра «Белмикроанализ», «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», профессор кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета Белорусского государственного университета

Наталья Станиславовна Ковальчук, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь

кандидат технических наук, доцент; заместитель генерального директора, главный инженер

Дмитрий Владимирович Жигулин, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь

начальник сектора физико-технического анализа государственного центра «Белмикроанализ»

Дмитрий Викторович Шестовский, «Интеграл» – управляющая компания холдинга «Интеграл», ул. Казинца, 121а, 220108, г. Минск, Беларусь

инженер-технолог отдела перспективных технологических процессов

Виктор Михайлович Анищик, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры физики твердого тела и нанотехнологий физического факультета

Владимир Васильевич Понарядов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий учебной лабораторией кафедры физики твердого тела и нанотехнологий физического факультета

Литература

  1. Mogab C, Fraser D, Fichtner W, Parrillo L, Marcus R, Steidel C, et al. Tekhnologiya SBIS. Kniga 2 [VLSI technology. Book 2]. Sze С, editor. Moscow: Mir; 1986. 453 p. Russian.
  2. Dostanko АP. Tekhnologiya integral’nykh skhem [Integrated circuit technology]. Minsk: Vyshjejshaja shkola; 1982. 206 p. Russian.
  3. Nalivaiko OYu, Solodukha VA, Pilipenko VA, Kolos VV, Belous AI, Chelyadinskii AR, et al. Bazovye tekhnologicheskie protsessy izgotovleniya poluprovodnikovykh priborov i integral’nykh mikroskhem na kremnii. Tom 3 [Basic technological processes for manufacturing semiconductor devices and integrated circuits on silicon. Volume 3]. Turtsevich AS, editor. Minsk: Integralpoligraf; 2013. 783 p. Russian.
  4. Pilipenko VA. Bystrye termoobrabotki v tekhnologii SBIS [Rapid heat treatment in VLSI technology]. Minsk: Publishing Centre of the Belarusian State University; 2004. 531 p. Russian.
  5. Poate JM, Tu KN, Mayer JW, editors. Thin films: interdiffusion and reactions. New York: John Wiley and Sons; 1978. X, 578 p. (The Electrochemical Society series). Russian edition: Poate J, Tu K, Mayer J, editors. Tonkie plenki: vzaimnaya diffuziya i reaktsii. Moscow: Mir; 1982. 576 p.
  6. Pilipenko VA, Molofeev VM, Ponomar VN, Mikhnyuk AN, Borzdov VM. [Modelling the morphology of aluminum films before and after various types of heat treatment]. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal. 2003;76(4):99–103. Russian.
  7. Pilipenko VA, Ponomar VN, Gorushko VA. [Controlling the properties of thin film systems using pulsed photonic processing]. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal. 2003;76(4):95–98. Russian.
  8. Pilipenko VA, Ponomar VN, Gorushko VA, Tarasik MI, Yanchenko AM. Improvement of thermal stability of aluminum and aluminum alloy films on silicon using rapid thermal processing. Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 1, Fizika. Matematika. Informatika. 1998;3:53–58. Russian.
  9. Pilipenko VA, Rozhkov VV, Gorushko VA. [Model of interaction between silicon and aluminum during photonic processing]. Electronic Engineering. Series 2, Semiconductor Devices. 1990;3:24–28. Russian.
  10. Buiko LD, Lesnikova VP, Pilipenko VA, Rozhkov VV. [Features of the interaction of the Al – Si system during thermal and pulsed optical processing]. Electronic Engineering. Series 6, Materials. 1984;2:16–19. Russian.
  11. Pilipenka UA, Kovalchuk NS, Zhyhulin DV, Shestovski DV, Anishchik VM, Ponariadov VV. Effect of long-term and rapid thermal treatments on the formation of the aluminium – polysilicon interface. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2023;2:51–57. Russian. DOI: 10.33581/2520-2243-2023-2-51-57.
  12. Afonin NN, Logachova VА. A model of interdiffusion occurring during the formation of thin metal films on single-crystal silicon under conditions of limited solubility of the components. Condensed Matter and Interphases. 2022;24(1):129–135. Russian. DOI: 10.17308/kcmf.2022.24/9063.
  13. Mazel ЕZ, Press FP. Planarnaya tekhnologiya kremnievykh priborov [Planar silicon technology]. Moscow: Ehnergiya; 1974. 384 p. Russian.
  14. Poletaev GМ, Novoselova DV, Zorya IV, Starostenkov MD. [Study of the formation of excess free volume at triple junctions of grain boundaries during crystallisation using the example of nickel]. Fizika tverdogo tela. 2018;60(5):846–850. Russian. DOI: 10.21883/FTT.2018.05.45775.062.
Опубликован
2024-01-22
Ключевые слова: диффузия, межзеренная область, граница раздела алюминий – поликремний, коэффициент диффузии, конгломерат поликремния, быстрая термообработка, длительная термообработка, растровая электронная микроскопия
Как цитировать
Пилипенко, В. А., Ковальчук, Н. С., Жигулин, Д. В., Шестовский, Д. В., Анищик, В. М., & Понарядов, В. В. (2024). Механизм взаимодействия алюминия с поликремнием при формировании омического контакта методами длительной и быстрой термообработок. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 42-48. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/5979
Выпуск
№ 1 (2024): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика и техника полупроводников

Copyright (c) 2024 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).