ИССЛЕДОВАНИЕ АНОМАЛЬНОЙ ДИФФУЗИИ АЛЮМИНИЯ В КРЕМНИЙ

Аннотация

В работе экспериментально и теоретически исследовались процессы диффузии Al в кремний в подложке имитированной интегральной микросхемы, чтобы проанализировать неизменность механизма диффузии по графику в соответствии с уравнением Аррениуса. В процессе практического исследования примеси алюминия с кремнием, наблюдалась аномальная диффузия Al в Si (неконтролируемая и нелинейная). Результаты этого экспериментального исследования были получены с помощью FIB-станции HeliosNanoLab 400 и HeliosNanoLab 450F (ФИП). В экспериментах все пять образцов представляли собой фрагменты монокристаллических кремниевых пластин с электронным n-типом проводимости, легированные фосфором, с выращенным на них способом окисления тонким слоем подзатворного диэлектрика, оксида кремния (SiO₂). На установке на всех образцах формировалось шесть круглых отверстий диаметром порядка 5 мкм на всю толщину диэлектрика. Для металлизации электронно-лучевым методом на образцы напылялась пленка алюминия толщиной порядка 200 нм. Отжиг образцов проводился в вакууме при пяти разных температурах в течение интервала времени 40 мин. С помощью ФИП создавались кросс-секции пластины и проводился анализ отжига. Результаты диффузии получались линейными и контролируемыми до отжига при температуре T=600°C. При температуре выше 600°C резко менялся механизм диффузии – диффузия стала ускоренной. При этом диэлектрик SiO₂ находится в состоянии сжатия, кремний и алюминий в состоянии растяжения, а в месте контакта SiO₂ и кремния проходила ускоренная диффузия (аномальная), связанная с механическими напряжениями в этой точке. Такие напряжения могут оказывать влияние на функционирование и надежность микросхем. Возможным решением данной проблемы является создание дополнительного барьерного слоя между алюминием и монокристаллическим кремнием толщиной ~0,15 мкм.