Конструктивно-технологические решения формирования элементов металлизации силовых МДП-транзисторных структур с вертикальным каналом с топологическими нормами 0,25 мкм тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Горностай-Польский Вадим Станиславович

• Горностай-Польский Вадим Станиславович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Горностай-Польский Вадим Станиславович

Введение

1 Современное представление о металлизации МДП-транзисторных структур с вертикальным каналом

1.1 Силовые МДП-транзисторы с вертикальным каналом

1.2 Особенности формирования элементов металлизации транзисторов

1.3 Исследование особенностей элементов, составляющих систему металлизации

1.3.1 Особенности формирования контактного слоя металлизации на основе силицида титана

1.3.2 Особенности формирования диффузионно-барьерного слоя

1.3.3 Особенности беспустотного заполнения углублений вольфрамом

1.3.4 Алюминий в качестве разводки для интегральных схем

1.4 Выводы и постановка задач на диссертационную работу

2 Оригинальные методы и оборудование, используемое в процессе формирования и исследования элементов металлизации силовых транзисторов с вертикальным каналом

2.1 Технологическое оборудование для формирования слоев Л, ПК, А1, Ш

2.2 Измерение толщины с помощью рентгенофлуоресцентного анализа

2.3 Измерение сопротивления 4-х зондовым методом

2.4 Оже-электронная спектроскопия

2.5 Изучение состава вещества методом энергодисперсионного анализа

2.6 Изучение структуры образца методом электронографии

2.7 Изучение морфологии поверхности образцов с помощью атомно-силовой микроскопии

2.8 Метод ускоренных испытаний

2.9 Изучение морфологии поверхности образцов с помощью растрового электронного микроскопа

2.10 Измерение внутренних механических напряжений

2.11 Измерение переходного сопротивления методом резистора Кельвина

2.12 Выводы

3 Исследование особенностей формирования элементов контактной металлизации МДП-транзисторных структур с вертикальным каналом

3.1 Описание объекта исследований

3.2 Исследование особенностей формирования контактного слоя на основе титана

3.3 Исследование процесса формирования диффузионно-барьерного слоя нитрида титана

3.4 Исследование процесса беспустотного заполнения углублений вольфрамом

3.5 Выводы

4 Особенности формирования толстопленочной алюминиевой разводки МДП-транзисторных структур с вертикальным каналом

4.1 Исследование зависимости электрофизических и конструктивных параметров пленок алюминия, нанесенных методом магнетронного напыления от температуры процесса

4.2 Исследование особенностей процесса формирования топологии толстой алюминиевой разводки

4.3 Исследование электромиграционной стойкости алюминиевой металлизации, нанесенной методом магнетронного напыления

4.4 Выводы

Заключение

Перечень используемых сокращений и обозначений

Список использованных источников

Приложение 1 Акты внедрения

Приложение 2 Патент

Введение

В настоящее время широкое распространение получили силовые диодные и транзисторные структуры. Они применяются в автомобильной, авиационной, медицинской и других отраслях. Силовые транзисторы представляют собой электронные компоненты, предназначенные для работы с высокими токами и напряжениями, используются в различных электронных схемах, таких как источники питания, усилители и преобразователи мощности.

Одним из видов силовых транзисторов являются транзисторы с вертикальной структурой, которые являются оптимальными для применения в силовой электронике. Основным отличием от планарных транзисторов является наличие контактов стоков и истоков устройства снизу и сверху транзистора соответственно, а также заглубленный в кремнии узел металлизации. Такие устройства используются в качестве переключающих элементов, так как обладают высоким КПД, маленьким временем переключения и низким сопротивлением в открытом состоянии. Влияние этих параметров становится особенно заметным при высоких значениях рабочего напряжения и тока.

Преимуществами использования именно транзисторов с заглубленной металлизацией являются высокая степень интеграции, низкое сопротивление открытого канала, уменьшение в несколько раз токов утечки транзистора с вертикальным каналом, по сравнению с горизонтальным, при одинаковой занимаемой площади на поверхности пластины, проектных нормах и прочих равных условиях. Узел металлизации транзисторов включает в себя следующие элементы: контактный слой, диффузионно-барьерные слои, межсоединения и разводку.

Система контактной металлизации включает в себя контакты к активным областям транзистора. В качестве материалов таких слоев за время развития технологии использовался алюминий, титан, тантал и их различные соединения. При формировании данного слоя необходимо достичь удовлетворительного заполнения дна канавок, конформности нанесения и минимально возможного удельного сопротивления.

Формирование ДБС является неотъемлемой частью создания металлизации приборов. Целью их создания является исключение нежелательного взаимодействия

материалов интегральных схем в процессе их изготовления и работы. Эти слои применяются в области формирования контакта проводников к приборной части устройства, при формировании дорожек металлизации. В качестве материалов ДБС обычно используются тугоплавкие металлы и их различные соединения, такие как нитриды, оксиды, бориды. Большое распространение получил нитрид титана, обеспечивающий хорошую адгезию материалов металлизации к нижележащим слоям и имеющий столбчатую структуру строения, препятствующую диффузии материалов. Основной причиной выбора таких материалов является высокая температура плавления и их неподверженность к образованию твердых растворов с материалом металлизации.

В силу постоянного уменьшения размеров приборов все более важной характеристикой становится беспустотность заполнения вольфрамом, конформность плёнок титана и нитрида титана в углублениях с высоким аспектным отношением.

Для формирования межуровневых контактов и формирования контакта к активным областям транзистора применяется вольфрам, который является твердым и хрупким материалом. Однако, плёнки вольфрама имеют относительно высокий уровень механических напряжений, обладают неудовлетворительной адгезией к диэлектрикам.

1—1 • • и с» и и

Ещё одной важной проблемой подобных высоковольтных устройств является обеспечение высокой электромиграционной стойкости проводников металлической разводки. Таким образом улучшение электрофизических и конструктивных параметров системы металлизации является актуальным для обеспечения высокой надежности устройства.

Актуальность данной работы продиктована потребностью рынка в приборах, изготовленных по проектным нормам 180 - 250 нм, несмотря на наличие современных технологий с более низкими топологическими размерами, так как в некоторых приборах или их узлах не требуется высокая производительность и скорость работы. Такие микросхемы находят применение в космической отрасли, специальных изделиях, а также в нетребовательных к быстродействию частях современных устройств, например, в качестве схем управления питанием. Мировой рынок силовых приборов уже сейчас оценивается в более, чем 45 миллиардов

долларов и ожидается значительный рост этого показателя в ближайшие годы, ожидаемый план роста рынка представлен на рисунке 1. [1].

67 млрд S

2019

■ Power MOSFET IGBT ■ Thyristor ■ Power Diode ■ Others

Рисунок 1 - Оценка мирового рынка силовых устройств [1]

Целью диссертационной работы является разработка конструктивно-технологических решений для формирования металлизации МДП-транзистора с вертикальным каналом, характеризующейся улучшенными электро-физическими параметрами и повышенной надежностью функционирования.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать режимы ионного магнетронного осаждения с применением источника плазмы тонких плёнок титана для обеспечения их минимального удельного сопротивления;

- исследовать процесс взаимодействия элементов в системе ^^ при термообработках;

- исследовать особенности формирования плёнки нитрида титана, нанесенной методом химического осаждения из газовой фазы и изучить влияние специальной азотно-водородной плазменной циклической обработки на их электрофизические, конструктивные и механические параметры;

- исследовать процесс химического осаждения из газовой фазы плёнок вольфрама для беспустотного заполнения углублений, характеризующихся высоким аспектным отношением;

- исследовать особенности процесса формирования толстоплёночной алюминиевой разводки;

- изучить подходы к повышению надежности толстоплёночной алюминиевой металлизации.

Научная новизна

1. При создании омических контактов к кремнию в МДП-транзисторных структурах осаждением сверхтонкой плёнки титана, последовательными низкотемпературной термообработкой (~400°С) и высокотемпературным быстрым термическим отжигом (~690°С) формируется малопроникающий, термостабильный, имеющий минимально возможное среди силицидов удельное сопротивление дисилицид титана (фаза С54), при этом сохраняются практически неизменными границы истоковых областей.

2. Установлены закономерности влияния специальной азотно-водородной циклической плазменной обработки на электрофизические, конструктивные и механические параметры сверхтонких плёнок нитрида титана, обеспечивающей повышение более, чем в 2 раза электропроводности плёнок, при их формировании методом химического осаждения металлоорганического соединения из газовой фазы.

3. В результате исследования "рениевого эффекта" в плёнках вольфрама, проявляющегося в уменьшении в них уровня механических напряжений при добавлении примеси рения, установлено, что его аналогами по воздействию являются титан и азот. На этой основе предложены варианты конструкций контактных углублений в кремнии, беспустотно заполненных вольфрамом, легированным одним из элементов: Re, Т^ К, характеризующихся пониженным уровнем встроенных механических напряжений.

4. Предложен способ формирования толстоплёночной алюминиевой разводки, заключающийся в применении защитного слоя нитрида титана, обеспечивающего необходимое качество поверхности алюминия при селективном жидкостном удалении полимерной плёнки, образующейся в процессе его реактивно-ионного травления. Сохранение тонкой плёнки нитрида титана на поверхности разводки за

исключением областей контактных площадок позволяет повысить электромиграционную стойкость разводки.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Научные результаты, полученные в ходе исследований, не противоречат известным отечественным и зарубежным работам. Результаты экспериментов и сделанные на их основе выводы и предположения соответствуют современным литературным данным и дополняют их, что позволяет говорить о достаточной их подтвержденности и достоверности.

Практическая значимость

Исследуемая конструкция составляющих узла металлизации силового МДП-транзистора является универсальной для большинства устройств кремниевых диодных, транзисторных структур и ИС субмикронного уровня, включая 0,25 мкм и подобна технологии Damascene.

1. Разработанные в диссертации конструктивно-технологические решения могут быть использованы при производстве кремниевых устройств, в частности:

- для формирования низкотемпературного термоустойчивого дисилицида титана в качестве контактного слоя к кремнию и поликремнию целесообразно использование быстрого термического отжига. Данный процесс позволяет сохранить неизменными границы истоковых областей;

- в настоящее время является перспективным процесс химического осаждения из газовой фазы металлоорганического соединения, в этой связи этот процесс может быть использован для осаждения плёнки нитрида титана. В этом случае необходимо применение циклической плазменной обработки в азотно-водородной среде, обеспечивающей её формирование с высокой электропроводностью;

- для снижения уровня встроенных механических напряжений в углубления, заполняемые вольфрамом эффективным будет добавление в вольфрам одной из примесей: титан, рений, азот;

- повышению электромиграционной стойкости алюминиевой разводки способствует применение дополнительного покрытия нитрида титана;

- применение перечисленных решений позволит повысить надежность функционирования кремниевых ИС.

2. По результатам работы получен результат интеллектуальной деятельности Патент РФ на изобретение №2775446 «Способ получения тонких металлических плёнок на основе вольфрама» от 21 декабря 2021 года.

3. Результаты работы внедрены при выполнении НИР в рамках Гранта Российского Научного Фонда 2022-2023 гг. 22-29-01095 «Исследование природы «рениевого эффекта» в тонких плёнках сплавов тугоплавких металлов».

4. Результаты работы успешно применяются в учебном процессе института ИнЭл НИУ МИЭТ при подготовке студентов-бакалавров по направлению 11.03.04 "Электроника и наноэлектроника" в лекционном курсе по предмету "Основы технологии электронной компонентной базы", раздел "Металлизация" и при подготовке студентов-магистров по направлению 11.04.04 "Электроника и наноэлектроника" в лекционном курсе по предмету "Технологические процессы наноэлектроники", раздел "Металлизация". Реализация результатов работы подтверждается актом об использовании.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. При создании контактного слоя к кремнию на основе сверхтонких плёнок титана металлизации МДП-транзисторной структуры возможно использование последовательности низкотемпературной термообработки (~400°С) и высокотемпературного быстрого термического отжига (~690°С), что приводит к формированию слоя термостабильного дисилицида титана (фаза С54) с минимальным удельным объёмным сопротивлением среди силицидов, сохраняя неизменными границы мелкозалегающих истоковых областей структуры.

2. Применение специальной циклической плазменной обработки в среде приводит к уплотнению и повышению электропроводности более, чем в 2 раза слоя ТК диффузионного барьера металлизации при его формировании методом химического осаждения из газовой фазы металлоорганического прекурсора.

3. Уменьшению уровня внутренних механических напряжений в вольфраме, беспустотно заполняющем контактные углубления в диэлектрике и кремнии, способствует введение в его объём наряду с примесью рения примесей титана (1015 ат.%) или азота (5-10 ат.%).

4. В способе формирования толстоплёночной алюминиевой разводки эффективным является использование маскирующего покрытия на основе нитрида титана, защищающего поверхность алюминия при жидкостном удалении полимерной плёнки, образующейся в процессе его реактивно-ионного травления. Сохранение покрытия нитрида титана кроме областей контактных площадок позволяет повысить электромиграционную стойкость разводки.

Личный вклад автора

Все результаты, представленные в данной работе, получены автором лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конструктивно-технологические решения формирования элементов металлизации силовых МДП-транзисторных структур с вертикальным каналом с топологическими нормами 0,25 мкм»

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: 27-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2020», Москва, Россия, 2020; 14-я Международная конференция "Микро- и наноэлектроника - 2021" (1СМКЕ-2021), Россия; 24-я Всероссийская молодежная научная конференция "Актуальные проблемы физической и функциональной электроники" 2021, Ульяновск; 28-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2021», Москва, Россия, 2021; 25-я Всероссийская молодежная научная конференция "Актуальные проблемы физической и функциональной электроники" 2022, Ульяновск; 29-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2022», Москва, Россия, 2022; "Материаловедение, формообразующие технологии и оборудование 2022" (ICMSSTE 2022), Ялта; 15-я Международная конференция "Микро- и наноэлектроника - 2023" (1СМКЕ-2023), Россия; 26-я Всероссийская молодежная научная конференция "Актуальные проблемы физической и функциональной

электроники" 2023, Ульяновск; 30-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2023», Москва, Россия, 2023; 31-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2024», Москва, Россия, 2024.

Публикации

По теме опубликовано 15 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ по специальности 2.2.2., 1 статья в журнале, входящем в базу данных RSCI, 2 статьи в зарубежных источниках, цитируемых в Scopus/WoS, 1 патент на изобретение, 9 тезисов докладов.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Материал работы изложен на 123 страницах, включая 64 рисунка, 8 таблиц и 2 приложения. Список литературы содержит 128 наименований.

1 Современное представление о металлизации МДП-транзисторных структур с вертикальным каналом

1.1 Силовые МДП-транзисторы с вертикальным каналом

Силовые полупроводниковые транзисторы зарекомендовали себя как ключевые компоненты силовых устройств, способных управлять большими токами и напряжениями [2]. Современные силовые МОП-транзисторы обладают высокой скоростью переключения, что позволяет им работать на высоких частотах. Это делает их подходящими для импульсных источников питания, преобразователей и других высокочастотных приложений. Они часто имеют отличную от планарной структуру. В последнее время разработано много различных модификаций силовых МОП-транзисторных структур, позволивших улучшить их характеристики и уменьшить их латеральный размер [3-5].

Изначально, в 70-х годах прошлого века, в качестве силовых транзисторов применялись биполярные, однако они обладали низкой скоростью переключения, требовали высокие базовые токи, и размещение большого количества транзисторов близко друг от друга было сопряжено со сложностями, так как они подвергались влиянию «теплового разгона» [3]. В то же время МОП-транзисторы были ограничены размерами каналов и прочих элементов, так как фотолитография не могла позволить сформировать элементы субмикронного размера. Первым прорывным подходом к формированию силовых транзисторов было объединение МОП- и биполярного транзисторов в одну схему БиКМОП, что позволило избавиться от негативных сторон этих устройств в отдельном исполнении. Данная структура получила название VMOS, так как формирование ее элементов проводилось в V-образных углублениях, её поперечное сечение представлено на рисунке 2.

E-fleld

Рисунок 2 - Поперечное сечение структуры VMOS [6]

Такие структуры применялись в качестве переключателей питания так как имели низкое сопротивление во включенном состоянии, или как источники тока, аналоговые мультиплексоры или усилители. Однако, такая структура имела ряд серьезных недостатков, среди которых: низкая воспроизводимость формы углублений; сложность формирования затворной части в широких углублениях V-образной формы, что не позволяло выпускать такое устройство в промышленных масштабах.

Следующим этапом развития силовых транзисторов была DMOS- структура, от английского double-diffused, важной особенностью которой являлся канал с субмикронными размерами, который формировался благодаря управлению дозой имплантации и диффузией и не требовал продвинутой литографии. Поперечное сечение этой структуры представлено на рисунке 3. Такие приборы нашли применение в силовых интегральных схемах, работающих с напряжением менее 100, В. Высокая скорость переключения и надежность значительно превосходили эти характеристики у силовых биполярных транзисторов.

Канал

14*

'//////////////////////////////////////Л

Сток

Рисунок 3 - Поперечное сечение структуры DMOS [7]

Следующей важной вехой развития силовых транзисторов послужило создание структуры UMOSFET, отличительной чертой которой является заглубленный в кремнии поликремневый затвор, а также непланарную структуру, включающую контакт к истоку на верхней части структуры, а к стоку - на нижней [7]. Поперечное сечение данной силовой МОП-структуры с вертикальным каналом приведено на рисунке 4.

_Исток

N-Drift Region

Ы*

Сток

Рисунок 4 - Поперечное сечение силовой МОП-структуры с вертикальным

каналом [7]

Важной характеристикой силовых транзисторов является сопротивление включения. Как правило, силовые транзисторы располагаются массивом на кристалле и это сопротивление имеет обратную зависимость от числа отдельных транзисторов (~1/n, где n - число силовых транзисторов на кристалле). Данная структура (UMOSFET) является перспективной, так как она имеет сниженную поверхностную площадь по сравнению с силовыми транзисторами со структурой DMOS, что позволяет разместить больше таких приборов на кристалле одинаковой площади.

1.2 Особенности формирования элементов металлизации транзисторов

Важной в любом транзисторе является система металлизации, так как именно она обеспечивает управление работой транзистора и электрическую коммутацию. Современные требования к этой системе транзисторов включают в себя увеличение плотности металлических соединений, уменьшение сопротивления, повышение надежности соединений, улучшение электромиграционной стойкости и теплораспределения [8]. Ведутся поиски новых материалов для металлизации, оптимизация процессов нанесения и обработки металлических слоев, а также создание специальных технологий для обеспечения качественной металлизации в условиях субмикронных размеров элементов.

Первоначально алюминий применялся в качестве контактного слоя, что обусловлено относительно простым способом нанесения и его низким удельным сопротивление (которое составляет ~2,65 мкОмсм), возможностью формировать низкоомные омические контакты с высоколегированным кремнием разного типа проводимости. Однако с развитием технологии были выявлены существенные недостатки этого материала в качестве контактного слоя. Основным недостатком оказался характер взаимодействия с Si при нагревании.

Изменения в системе Al-Si при нагревании можно видеть на фазовой диаграмме, приведённой на рисунке 5 [9]. При достижении температуры 577 °C наблюдается образование эвтектического сплава данного соединения, что связано с растворением Si в Al. Нагрев до температур 450 °C - 500 °C системы Ti-Si выполняют с целью уменьшения контактного сопротивления, что происходит благодаря

растворению естественного оксида на 81. Это обеспечивает непосредственный контакт алюминия с кремнием. Однако, во время термообработки в твердой фазе протекает процесс взаимного сплавного проникновения кремния в алюминий и алюминия в кремний.

Рисунок 5 - Фазовая диаграмма равновесий системы Al-Si [9]

Таким образом, взаимное сплавное проникновение алюминия в кремний в области контактов к кремнию наблюдается в виде локальных участков алюминия, проникающих в кремний на глубину до 1 мкм. Внешний вид данного дефекта представлен на рисунке 6. Это приводит, в частности, к короткому замыканию мелкозалегающих р-п переходов, характерных для структур субмикронного уровня.

p-Si

Рисунок 6 - Поперечное сечение структуры локального контакта алюминия к кремнию, подвергнутого термообработке [9]

Избежать влияние этого негативного эффекта пытались посредством введения операции быстрого термического отжига, который за счет малого времени не позволяет вызвать проплавление кремния, но надежных результатов достигнуто не было. Также одним из подходов к решению проблемы было добавление примеси кремния в состав мишени алюминия, это позволило повысить порог начала негативного процесса, но не избежать его полностью.

Стало очевидным, что в активных структурах с субмикронными размерами элементов в качестве контактного материала к кремнию необходим был поиск более теплоустойчивого материала.

По мере уменьшения топологических размеров модифицировалась система металлизации, превратившись в составную для обеспечения таких параметров как термостабильность, низкое сопротивление контактов к активным областям транзисторов разных типов проводимости.

При субмикронных размерах элементов наиболее широкое применение получила Damascene технология, в которой были решены основные проблемы металлизации ИС: формирование малопроникающих теплоустойчивых контактов к кремнию и планаризация [9]. На рисунке 7 приведена краткая технологическая последовательность Damascene-металлизации.

ж

Рисунок 7 - Damascene-технология [9]

Основными элементами металлизации согласно технологии Damascene

и и 1 1 /— и и

являются контактный слои; диффузионно-барьерный слои; слои металлического материала, беспустотно заполняющий локальные окна в диэлектрике; слой металлической разводки.

Контактным слоем в большинстве ИС являются силициды металлов. Чтобы повысить теплоустойчивость системы металлизации применяют слой диффузионного барьера, который препятствует взаимопроникновению Al и Si. Для металлической разводки применяют Al или Cu, в зависимости от минимального размера элементов ИС.

Для каждого из этих элементов существуют разработанные методы их формирования: электрохимические, термовакуумные, термохимические, газохимические, плазмохимические и различные другие.

До определенного уровня технологии, а соответственно и аспектного отношения углублений, которые необходимо заполнить в качестве метода формирования элементов металлизации в основном применялось ФОГФ. Однако при повышении АО более 1:1 начали возникать проблемы с беспустотным заполнением углублений. В связи с тем, что ширина канавок меньше их глубины -материал осаждается на дне и стенках медленее, чем на поверхности. Данная особенность приводила к повышенному сопротивлению межсоединений. Углубление с АО 2:1, заполненное алюминием методом ФОГФ представлено на рисунке 8 [9].

Рисунок 8 - Формирование пустот при заполнении углублений методом магнетронного распыления [9]

Для беспустотного заполнения таких канавок стали применять химическое осаждение, которое заключается в нанесении тонких твердых слоёв материалов на поверхность подложек при проведения химической реакции между компонентами в газовой фазе. Этот процесс активируется с помощью термического, химического или плазменного воздействия [10]. Состав реагентов, объём их подачи, температура подложки и другие технологические параметры процесса влияют на параметры

финальной плёнки [11]. В современных ИС в качестве материала межсоединений применяется вольфрам, его выбор обусловлен высокой термостойкостью и электромиграционной стойкостью данного материала. Вольфрам является тугоплавким, что усложняет создание мишеней из него для последующего их использования в процессах осаждения методом магнетронного распыления, поэтому использовали ХОГФ (CVD). Последовательность материалов Т^ТК^ применяется в качестве переходного контакта к силициду на затворах и активных областях, а также для межуровневых соединений металлизации [9].

1.3 Исследование особенностей элементов, составляющих систему металлизации

1.3.1 Особенности формирования контактного слоя металлизации на основе силицида титана

В предыдущем разделе показано, что алюминий в качестве контактного материала к кремнию не удовлетворял всем предъявленным к разводке требованиям, что привело к поиску других материалов для применения в контактной металлизации. Были рассмотрены силициды металлов и в итоге выбран силицид титана, который обладает минимальным удельным сопротивлением среди всех силицидов металлов.

Существуют разные методы формирования пленок силицида титана. Одним из них является одновременное распыление титана и кремния [12], другим вариантом является подготовка мишени, состоящей из силицида титана и её последующее распыление. Также возможно осаждение титана методом магнетронного распыления или электронно-лучевым методом и дальнейшая термообработка для формирования силицида титана, этот метод позволяет получить бездефектные пленки низкоомного дисилицида титана в твердой фазе.

Известно, что одним из подходов формирования пленок титана является метод ХОГФ из прекурсора хлорид титана (IV), выделены следующие недостатки этого метода: относительно высокая температура процесса (550 0С), нахождение примесей

галогенов во время процесса и непосредственно в пленке, что связано с

20

использованием хлорсодержащего прекурсора. Для получения пленки используется соединения ^Ск, термическое разложение приводит к высвобождению хлора, который является химически активным веществом, использующимся в микроэлектронике для травления различных слоев [13], что может привести к различным нежелательным модификациям пленки при формировании силицида титана. Также наличие примесей хлора в пленке увеличивает сопротивление, что недопустимо в случае формирования контактных слоев.

Сообщалось о способе формирования силицида титана [14] с помощью термической обработки при 950 °С оксида титана, осажденного методом ALD из TDMAT. Высокая температура процесса теоретически может изменить профиль легирования активных областей, что может привести к неправильной работе устройства. Результаты фотоэмиссионной электронной микроскопии показывают, что превращение ТЮ2 в TiSi протекает с образованием островков. Внутри островков восстановление ТЮ2 и диффузия Si играют важную роль в формировании микроструктурированной границы раздела TiSi. Отжига при температуре > 950 ^ достаточно для образования термодинамически более стабильной фазы С54 TiSi2. Фазовая диаграмма системы ^^ представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Фазовая диаграмма системы ^^ [9]

В зависимости от соотношения компонентов наблюдается формирование 5 различных фаз силицида титана, начиная от низшего силицида, обогащенного металлом, до дисилицида титана, характеризующегося фазой С54. В [15] отмечено, что дисилицид титана может существовать в двух основных кристаллографических модификациях (орторомбическая базисно-центрированная - C49 и орторомбическая гранецентрированная - C54, которая характеризуется наименьшим удельным сопротивлением). Кристаллографические структуры дисилицида титана приведены рисунок 10 а, б.

Рисунок 10 - Базисно-центрированная орторомбическая (а) и гранецентрированная орторомбическая (б) структура дислицида титана [15]

Наиболее распространённым способом формирования силицида титана является термообработка системы Т1-81 в вакууме в диапазоне 400-750 °С. При этом фаза С54 дисилицида титана формируется при температуре ~ 750°. Обработка в вакууме вызвана тем, что титан является химически активным элементом и термообработка на воздухе или в неинертной среде приводит к формированию на его поверхности труднорастворимой пленки оксида титана. Омические контакты на основе дисилицида титана применяются для КМОП ИС с субмикронными топологическими размерами вплоть до 0,25 мкм. При этом процесс проводят в два этапа. На первом этапе обработку проводят при 400 °С, когда формируется силицид, обогащенный металлом. На втором этапе, предварительно удаляя слой непрореагировавшего титана, проводят обработку при 700 °С, формируя слой дисилицида титана.

В таблице 1 приведены данные сравнительного анализа электрофизических характеристик и технологических параметров силицидов металлов, сформированных твердофазным методом [9].

Таблица 1 - Данные о электрофизических характеристиках и технологических параметрах твердофазного формирования силицидов металлов [9]

Силици д Температура образования, °С Удельное объемное сопротивление, мкОм-см Толщина слоя Si, расходуемого на 1 нм металла, нм

TiSi2 650 12 - 15 2,27

CoSi2 600 22 - 28 3,64

MoSi2 600 100 2,56

Wsi2 850 120 2,59

^ 300 28 - 35 1,32

Pd2Si 400 30 - 35 0,68

Данные, приведенные в таблице подтверждают, что дисилицид титана характеризуется минимальным удельным сопротивлением среди изученных.

Дисилицид титана можно получить термообработкой системы ^^ в вакууме быстрым термическим отжигом. После чего, пленку непрореагировавшего материала удаляют.

В статье [16] рассмотрено формирование дисилицида титана с помощью миллисекундного термического отжига. Для проведения эксперимента были взяты образцы с активными областями стока/истока, с последующим отжигом. Далее наносили слои титана и нитрида титана для формирования силицида. При использовании миллисекундного отжига наблюдается повышение поверхностного сопротивления после увеличения температуры отжига при неизменном времени воздействия (1000 мкс). Можно видеть три стадии образования силицида. Сплав а-TiSi формируется уже при относительно низких температурах, затем трансформируется в фазу С49 и далее в низкоомную фазу С54.

При формировании дисилицида титана посредством термической обработки наблюдается сначала образование материала в фазе С49 (имеет базисно-

центрированную орторомбическую структуру, представленную на рисунке 7 а) при

24

температурах порядка 400 °С. При повышении температуры до ~700 °С происходит переход в целевую фазу низкоомного дисилицида титана С54 (имеет орторомбическую гранецентрированную структуру, представленную на рисунке 7 б). Характерным отличием служит снижение удельного объемного сопротивление до 15-20 мкОмхм.

По диаграмме фазовых состояний видно, что низкоомный дисилицид титана (ШЬ) формируется при ~700 °С, при температурах порядка 400 °С образуются другие фазы соединения, которые обладают более высоким удельным сопротивлением. Также силицид титана обладает низким контактным сопротивлением к кремнию п+ типа. Особенностью формирования силицида титана является наличие нескольких его фаз, отличающихся электрофизическими характеристиками.

Однако, поскольку размеры элементов полупроводникового устройства в интегральных схемах уменьшились до субмикронных, метод PVD имеет ограничения в обеспечении адекватного покрытия боковых стенок в углублениях с высоким аспектным отношением - приходится использовать усовершенствованные методы магнетронного распыления или CVD. Метод ионного плазменного напыления (i-PVD) представляет собой усовершенствование стандартного метода распыления ФОГФ, которое было разработано для преодоления проблемы запыления нижних углов углублений с высоким аспектным отношением [17].

Проведено сравнение метода коллимированного и ионного осаждения из газовой фазы для канавок 0,3 мкм. Наблюдается удовлетворительное заполнение дна углубления, что очень важно в случае нанесения контактных слоев в углубления.

В работе [18] представлено сравнение контактного сопротивления образцов, с разной толщиной слоя титана, а также нанесенных разными методами. По результатам исследования можно сделать вывод, что сопротивление даже более тонких слоев титана, нанесенных методом ионизированного ФОГФ ниже, чем сопротивление более толстого слоя титана, нанесенного методом коллимированного осаждения.

Метод ионизированного ФОГФ показал себя лучше коллимированного осаждения для нанесения в канавки с аспектным отношением 3:1 в качестве контактного слоя. Слой титана имеет меньшее сопротивление, уменьшаются токи

утечки (проверено на конденсаторах), наблюдается более полное покрытие дна канавок, отсутствуют галогеновые загрязнения в случае сравнения с химическим осаждением из газовой фазы [18].

По результатам [19] можно сделать вывод, что конформность порядка 50% может быть достигнута при аспектном отношении 7:1 при использовании метода ь PVD. С увеличением АО конформность плёнок, нанесённых методом i-PVD снижается по причине маленького угла рассеивания ионизированных атомов Для стандартного процесса физического осаждения из газовой фазы степень конформности не превышает 30% даже для канавок с низким аспектным отношением.

В современной микроэлектронике для формирования низкоомного контакта к областям стока/истока МДП транзистора используются силициды различных металлов. Одним из часто применяемых является силицид титана, так как он обладает наименьшим удельным сопротивлением среди силицидов других металлов. Его удельное сопротивление может быть ~15-20 мкОмсм, температура плавления составляет порядка 1920°, что позволяет создать низкоомный и термостабильный контакт даже для силовых устройств. В связи с этим после нанесения плёнок титана необходимо провести их термообработку для формирования силицида титана [8].

В случае использования классического отжига титана поверхностное сопротивление понижается по мере увеличения температуры отжига. Ускоряется диффузия кремния и превращение титана в силицид, что приводит к последующему переходу из фазы С49 в фазу С54. Из этого можно сделать вывод, что основное влияние на формирование силицида оказывают высокотемпературные, часто длительные операции отжига.

В статье [20] детально рассмотрен механизм образования силицида титана, установлено, что процесс формирования силицида начинается с диффузии Si при 360°С: сначала она происходит по границе зёрен Т^ создавая в результате очень большое сжимающее напряжение на зёрнах Тц затем, при дальнейшем нагревании до 450°, происходит внутризёренная диффузия, эта стадия характеризуется наличием переходных фаз до зарождения фазы С49, таких как Ti5Siз в случае изотермических циклов и, вероятно, фазы, содержащей больше кремния, при

температурных циклах. Переходная фаза Ti5Siз неоднократно наблюдалась в ряде образцов. Она образуется в следствии механизмов, ограниченных диффузией, и существует только в том случае, если температура отжига находится в диапазоне ~412-434°С. Было обнаружено, что TiSi2 в фазе С49 TiSi2 кристаллизуется из интерфейса Si/аморфный слой и потребляет большую часть аморфного слоя через 420 мин при Т=422°С.

Работа [21] посвящена формированию низкоомного дисилицида титана после электронно-лучевого осаждения титана. Показано, что термическая обработка 800°С длительностью 1 час позволяет сформировать фазу силицида титана С54. Особое внимание уделено отсутствию оксида кремния на границе дисилицида титана и кремния.

В статье [22] сообщается, что формирование дисилицида титана в низкоомной фазе С49 возможно при повышении температуры отжига выше 700 °С и наблюдается проблема перехода всей пленки в искомую фазу.

В этой работе [23] изучено формирование дисилицида титана в различных фазах. Фазовые переходы можно отразить с помощью следующих переходов: формирование соединений Ti5Siз, TiSi при температуре 620 °С, формирование Ti5Siз, т, TiSi2 (С49) при 660°С, далее т, TiSi2 (фаза С54), TiSi2 (фаза С49) при 700°С и переход в TiSi2 (С54) при температуре 720°С.

При температуре 620°С формируется Ti5Siз и TiSi силициды в основном из-за диффузионного перемешивания. При увеличении температуры до 660°С образуются соединения, содержащие три фазы силицида Ti5Siз, TiSi и TiSi2, что приводит к уменьшению микротвердости пленок. При повышении температуры происходит образование однофазной системы дисилицида титана с гранецентрированной структурой и уменьшением микротвердости. Это связано с увеличением пластичности при переходе от многофазной системы силицида (Ti5Siз, TiSi2, TiSi), которая имеет место в температурном диапазоне 620-720°С, к однофазной системе - дисилициду титана при Т=720°С. Это приводит к уменьшению сопротивления скольжению и, следовательно, уменьшению микротвердости. Кроме того, финальная фаза С54 характеризуется низким переходным сопротивлением [23].

1.3.2 Особенности формирования диффузионно-барьерного слоя

В связи с повышением производительности интегральных схем увеличились токи, а соответственно и тепловыделение транзисторов, что в свою очередь усиливало влияние таких эффектов как интердиффузия материалов металлизации. В связи с чем было предложено использование ДБС. Выбор материала, из которого будут выполнен ДБС интегральных схем зависит от функций, которые на них наложены, а также от уровня технологии, по которой они изготавливаются. Как правило, используются тугоплавкие металлы Ta, W, №) и их различные соединения. Все применяемые материалы можно разделить на 6 основных категорий: тугоплавкие металлы (Т^ Та, W и другие) в чистом виде; твердые растворы металлов (TiW, Та№); их нитриды, бориды или оксиды тугоплавких металлов; их силициды; соединения из трех элементов (CoWP, TaSiN); благородные металлы (рутений и другие) [24]. Их температура плавления превышает температуру плавления меди и алюминия, и они не образуют твердых растворов с металлизацией. Однако, на ряду с защитными свойствами от системы ДБС требуется низкое контактное сопротивление и возможность конформного нанесения тонкого слоя в связи с ростом степени интеграции и соответствующим ростом аспектных отношений углублений. Немаловажным требованием является также хорошая адгезия к нижележащим слоям ИС.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Горностай-Польский Вадим Станиславович, 2026 год

Список использованных источников

1. Консалтинговое агентство KBV Research: official site URL: https://www.kbvresearch.com/power-semiconductor-market/ (дата обращения: 18.06.2025).

2. Raghavendra S. Saxena and M. Jagadesh Kumar, "Trench Gate Power MOSFET: Recent Advances and Innovations", Advances in Microelectronics and Photonics, (Ed., S. Jit), Chapter 1 // Nova Science Publishers, pp:1-23, 2012.

3. Baliga, B.J. (2019). Power MOSFETs. In: Fundamentals of Power Semiconductor Devices. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-93988-9_6

4. Jahdi S. et al. An analysis of the switching performance and robustness of power MOSFETs body diodes: A technology evaluation //IEEE Transactions on Power Electronics. - 2014. - Т. 30. - №. 5. - С. 2383-2394.

5. Cao Z. et al. A superjunction U-MOSFET with SIPOS pillar breaking superjunction silicon limit by TCAD simulation study //IEEE Electron Device Letters. - 2017. - Т. 38. - №. 6. - pp. 794-797.

6. Williams R. K. et al. The trench power MOSFET: Part I—History, technology, and prospects //IEEE transactions on electron devices. - 2017. - Т. 64. - №. 3. - С. 674-691

7. Baliga B. J. Advanced power MOSFET concepts. - Springer Science & Business Media, doi:2010. 10.1007/978-1-4419-5917-1. P.24

8. Громов Д. Г. и др. Металлизация ультрабольших интегральных схем. - 2012. - С. 6

9. Громов Д.Г., Мочалов А.И. Материалы и процессы формирования систем металлизации кремниевых интегральных схем: Уч. пособие. - М.: МИЭТ, 2006. -C. 8

10. Nishi Y., Doering R. (ed.). Handbook of semiconductor manufacturing technology. -CRC press, 2000.- 1151 p.

11. Киреев В.Ю. Введение в технологии микроэлектроники и нанотехнологии. - // ФГУП "ЦНИИХМ", 2008 .- 428 c.

12. Королёв М. А., Крупкина Т. Ю., Ревелева М. А. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем. Ч. 1. Учебное пособие. - 2012.- 397 с.

13. Молодечкин М.О., Богуш В.А. Особенности формирования и свойства пленок

диоксида титана // доклады БГУИР, 2007 С. 2

107

14. L. Jiang, Y. Gui and Y. Shen, "Titanium Silicide Anneal Process Research for 14nm Finfet Technology," 2020 China Semiconductor Technology International Conference (CSTIC), Shanghai, China, 2020, pp. 1-3, doi: 10.1109/CSTIC49141.2020.9282509.

15. Zhang S. L., Ostling M. Metal silicides in CMOS technology: Past, present, and future trends //Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. - 2003. - Т. 28. - №. 1.-pp. 1-129.

16. Beneyton R. et al. Formation of titanium silicide by Millisecond Anneal //2010 18th International Conference on Advanced Thermal Processing of Semiconductors (RTP). -IEEE, 2010. - pp. 80-85.

17. Белов А.Н., Голишников А.А., Путря М.Г. Нанотехнологии в электронике Выпуск 2 Под редакцией чл.-корр. РАН Ю.А. Чаплыгина Москва: Техносфера, 2013. - с. 292-300 ISBN 978-5-94836-353-0

18. Sabbadini A. et al. Effects of ion metal plasma (IMP) titanium deposition on Ti silicide formation //MRS Online Proceedings Library (OPL). - 1999. - Т. 564. - P. 23.

19. Forster J. Applications and properties of ionized physical vapor deposition films //Thin Films. - Elsevier, 2000. - Т. 27. - pp. 141-179.

20. M. Hannula, K. Lahtonen, H. Ali-Loytty, A.A. Zakharov, T. Isotalo, J. Saari, M. Valden, Fabrication of topographically microstructured titanium silicide interface for advanced photonic applications, Scripta Materialia, Volume 119, 2016, pp. 76-81, ISSN 13596462, https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2016.03.016.

21. Chaix-Pluchery, O.; Chenevier, B.; Matko, I.; Senateur, J.P.; La Via, F. Investigations of transient phase formation in Ti/Si thin film reaction. J. Appl. Phys. 2004.- pp. 361-368.

22. Bhaskaran, M.; Sriram, S.; Short, K.T.; Mitchell, D.R.G.; Holland, A.S.; Reeves, G.K. Characterization of C54 titanium silicide thin films by spectroscopy, microscopy and diffraction. J. Phys. D Appl. Phys. 2007.- pp. 5213-5219.

23. Демиденко Н. Е., Петлицкий А. Н. Исследование микротвердости формируемых пленок дисилицида титана с использованием БТО. - 2023.

24. Васильев В. Ю. Технологии многоуровневой металлизации интегральных микросхем: учебное пособие /В. Ю. Васильев. - Новосибирск:

Изд-во НГТУ, 2022. - С.49

25. Shin Y. H., Shimogaki Y. Diffusion barrier property of TiN and TiN/Al/TiN films deposited with FMCVD for Cu interconnection in ULSI //Science and Technology of Advanced Materials. - 2004. - Т. 5. - №. 4. - С. 399.

26. Воротынцев В.М., Скупов В.Д. Базовые технологии микро- и наноэлектроники. Учебное пособие.- 2017.- Проспект.- С. 35

27. Geng H. Semiconductor manufacturing handbook. - McGraw-Hill, Inc., 2005.

28. Kwak M. Y. et al. Characteristics of TiN barrier layer against Cu diffusion //Thin Solid Films. - 1999. - Т. 339. - №. 1-2. - с. 290-293.

29. Zhong Z. W., Lye T. M. Effects of profiles and conditioning methods of heater surfaces on deposited TiN film thickness and uniformity //Microelectronic engineering. - 2004. -Т. 75. - №. 4. - pp. 405-412.

30. C. Jiménez; S. Gilles; C. Bernard; R. Madar (1995). Deposition of TiN thin films by organometallic chemical vapor deposition: thermodynamical predictions and experimental results.- part-P1.- pp. 237-243. doi:10.1016/0257-8972(95)02579-0

31. Katz A. et al. Properties of titanium nitride thin films deposited by rapid-thermal-low-pressure-metalorganic-chemical-vapor-deposition technique using tetrakis (dimethylamido) titanium precursor //Journal of applied physics. - 1991. - Т. 70. - №. 7.

- pp. 3666-3677.

32. Djomeni L. et al. Study of low temperature MOCVD deposition of TiN barrier layer for copper diffusion in high aspect ratio through silicon vias //Microelectronic Engineering.

- 2014. - Т. 120. - pp. 127-132.

33. Zhang H. et al. Mechanical modification and damage mechanism evolution of TiN films subjected to cyclic nano-impact by adjusting N/Ti ratios //Journal of Alloys and Compounds. - 2019. - Т. 809. - P. 151816.

34. Musschoot J. et al. Atomic layer deposition of titanium nitride from TDMAT precursor //Microelectronic Engineering. - 2009. - Т. 86. - №. 1. - С. 72-77.

35. Elam J. W. et al. Surface chemistry and film growth during TiN atomic layer deposition using TDMAT and NH3 //Thin Solid Films. - 2003. - Т. 436. - №. 2. - pp. 145-156.

36. Luoh T. et al. TiCl4 barrier process engineering in semiconductor manufacturing //Coatings. - 2016. - Т. 6. - №. 1. - С. 2.

37. Cheng M. D. et al. Improvement of the properties and electrical performance on TiCl4-based TiN film using sequential flow chemical vapor deposition process //Thin Solid Films. - 2010. - Т. 518. - №. 8. - pp. 2285-2289.

38. Frohlich K. et al. Properties of MOCVD and MOALD Grown TiN Thin Films for Gate Electrode Application //ECS Meeting Abstracts. - IOP Publishing, 2007. - №. 12. - P. 589.

39. Васильев В.Ю. Химическое осаждение из газовой фазы тонких пленок для электроники // НГТУ, 2010 C. 202

40. Сыркин В. Г. CVD-метод: химическое парофазное осаждение. - // М.: Наука, 2000.

- 496 с.

41. Broadbent E. K., Ramiller C. L. Selective low pressure chemical vapor deposition of tungsten //Journal of The Electrochemical Society. - 1984. - Т. 131. - №. 6. - P. 1427.

42. Klaus J. W., Ferro S. J., George S. M. Atomic layer deposition of tungsten using sequential surface chemistry with a sacrificial stripping reaction //Thin Solid Films. -2000. - Т. 360. - №. 1-2. - pp. 145-153.

43. Quesnel E. et al. Tungsten and tungsten-carbon PVD multilayered structures as erosion-resistant coatings //Surface and Coatings Technology. - 1993. - Т. 62. - №. 1-3. - pp. 474-479.

44. Zhang C. L., He Q. Y., Zhang H. Y. Single damascene and dual damascene contact etch at Sub28nm logic technology //2016 China Semiconductor Technology International Conference (CSTIC). - IEEE, 2016. - pp. 1-3.

45. Park K. M. et al. Properties of TiN Thin Films Deposited by ALD Using TDMAT Precursor in Low-Temperature Processes //Journal of the Semiconductor & Display Technology. - 2024. - Т. 23. - №. 3. - pp. 14-20.

46. Chandrashekar A. et al. Tungsten contact and line resistance reduction with advanced pulsed nucleation layer and low resistivity tungsten treatment //Japanese Journal of Applied Physics. - 2010. - Т. 49. - №. 9R. - P. 096501.

47. Luoh T. et al. Advanced tungsten plug process for beyond nanometer technology //Microelectronic Engineering. - 2008. - Т. 85. - №. 8. - pp. 1739-1747.

48. Kim S. H. et al. Characterizations of pulsed chemical vapor deposited-tungsten thin films for ultrahigh aspect ratio W-plug process //Journal of The Electrochemical Society.

- 2005. - Т. 152. - №. 6. - P. 408.

49. Raffo P. L. Yielding and fracture in tungsten and tungsten-rhenium alloys //Journal of the Less Common Metals. - 1969. - Т. 17. - №. 2. - pp. 133-149.

50. Senthilnathan N., Raja Annamalai A., Venkatachalam G. Sintering of tungsten and tungsten heavy alloys of W-Ni-Fe and W-Ni-Cu: a review //Transactions of the Indian Institute of Metals. - 2017. - Т. 70. - №. 5. - С. 1161-1176.

51. Ren C. et al. Methods for improving ductility of tungsten-A review //International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2018. - Т. 75. - pp. 170-183.

52. Prasad B. S. L., Annamalai A. R. Effect of Rhenium addition on tungsten heavy alloys processed through spark plasma sintering //Ain Shams Engineering Journal. - 2021. - Т. 12. - №. 3. - pp. 2957-2963.

53. Wurster S., Gludovatz B., Pippan R. High temperature fracture experiments on tungsten-rhenium alloys //International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2010. - Т. 28. - №. 6. - pp. 692-697.

54. Leonhardt T. Properties of tungsten-rhenium and tungsten-rhenium with hafnium carbide //Jom. - 2009. - Т. 61. - №. 7. - pp. 68-71.

55. Tungsten alloyed with rhenium as an advanced material for heat-resistant silicon ICs interconnects / A.N. Belov, Yu.A. Chaplygin, A.A. Golishnikov, D.A. Kostyukov, M.G. Putrya, S.O. Safonov, V.I. Shevyakov // Proceeding of SPIE. 2016.- Vol. 10224. - P. 10224-5.

56. Мигас Д. Б., Черных А. Г. Межсоединения элементов интегральных микросхем: учебно-методическое пособие. - 2020.

57. Istratov A. A., Weber E. R. Physics of copper in silicon //Journal of The Electrochemical Society. - 2001. - Т. 149. - №. 1. - P. G21.

58. Levenson L. L. et al. The measurement of aluminum surface diffusion on Si, SiO2, and Si3N4 by scanning Auger microscopy //Scanning microscopy. - 1991. - Т. 5. - №. 3. -P. 10.

59. Holland L. The continuous evaporation of aluminium in vacuum //Vacuum. - 1956. - Т. 6. - pp. 161-172.

60. Green M. L., Levy R. A. Chemical vapor deposition of metals for integrated circuit applications //Jom. - 1985. - Т. 37. - №. 6. - pp. 63-71.

61. Green M. L. et al. Aluminum films prepared by metal-organic low pressure chemical vapor deposition //Thin Solid Films. - 1984. - Т. 114. - №. 4. - С. 367-377.

62. Semaltianos N. G. Thermally evaporated aluminium thin films //Applied Surface Science. - 2001. - Т. 183. - №. 3-4. - pp. 223-229.

63. Blakeney K. J., Winter C. H. Atomic layer deposition of aluminum metal films using a thermally stable aluminum hydride reducing agent //Chemistry of Materials. - 2018. - Т. 30. - №. 6. - pp. 1844-1848.

64. Ho P. S., Kwok T. Electromigration in metals //Reports on Progress in Physics. - 1989.

- Т. 52. - №. 3. - С. 301.

65. Валиев К. А. и др. Моделирование разрушения и долговечности тонкопленочных металлических проводников интегральных микросхем //Физическая мезомеханика.

- 2008. - Т. 11. - №. 2. - с. 57-88

66. Knoll H. et al. Ceramic substrates with aluminum metallization for power application //3rd Electronics System Integration Technology Conference ESTC. - IEEE, 2010. - pp. 1-5.

67. Лякишев Н.П. Диаграммы состояний двойных металлических систем: справочник Т.1/ Н.П. Лякишев. - Москва: Машиностроение, 2001. - 992 с.

68. Ji L. et al. Study on the formation and mechanism of aluminum bulge defect in semiconductor integrated circuit manufacturing //Microelectronic Engineering. - 2022. -Т. 251. - P. 111661.

69. Голишников А.А., Красюков А.Ю., Поломошнов С.А., Путря М.Г., Шевяков В.И. Основы технологии электронной компонентной базы МИЭТ 2013 C. 129

70. Ji L. et al. Study on the formation and mechanism of aluminum bulge defect in semiconductor integrated circuit manufacturing //Microelectronic Engineering. - 2022. -Т. 251. - P. 111661.

71. Daigle C. et al. Aluminum Voiding And Delamination Induced BY High Intrinsic Stress //2020 31st Annual SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference (ASMC). - IEEE, 2020. - pp. 1-5.

72. Combadiere L., Machet J. Study and control of both target-poisoning mechanisms and reactive phenomenon in reactive planar magnetron cathodic sputtering of TiN //Surface and coatings technology. - 1996. - Т. 82. - №. 1-2. - pp. 145-157.

73. Lin S. H. A Study on AlCu with ALPS Al and Glue layer on Electromigration //2022 IEEE International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits (IPFA). - IEEE, 2022. - pp. 1-4.

74. Cui Z. et al. Effects of temperature and grain size on diffusivity of aluminium: electromigration experiment and molecular dynamic simulation //Journal of Physics: Condensed Matter. - 2022. - Т. 34. - №. 17. - P. 175401.

75. Wilson C. J. et al. Direct measurement of electromigration-induced stress in interconnect structures //IEEE Transactions on device and materials reliability. - 2007. - Т. 7. - №. 2.

- pp. 356-362.

76. Majji S. et al. A Study on the Comprehensive Analysis of Electro Migration for the Nano technology trends //2020 6th International Conference on Advanced Computing and Communication Systems (ICACCS). - IEEE, 2020. - pp. 898-901

77. Liu J. et al. A Study of Low Temperature Al Sputter Process Electromigration Lifetime //2020 China Semiconductor Technology International Conference (CSTIC). - IEEE, 2020. - pp. 1-3.

78. Сафонов С. О. и др. Оценка надежности алюминиевой металлизации интегральных схем при проведении ускоренных электромиграционных испытаний при постоянной температуре //Известия высших учебных заведений. Электроника.

- 2014. - №. 3 (107). - С. 21-29.

79. Сафонов С. О. Исследование и разработка неразрушающих ускоренных методов прогнозирования электромиграционной стойкости металлической разводки интегральных схем : дис. - Нац. исслед. ун-т МИЭТ, 2015.

80. Сафонов С. О. и др. Методика определения электромиграционной надежности металлических проводников интегральных схем //Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2014. - №. 5 (109). - с. 39-44.

81. Сафонов С. О., Путря М. Г., Фоминых С. В. Определение электромиграционных параметров металлических проводников на основе проведения ускоренных испытаний //Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2015. - Т. 20. -№. 2. - с. 182-187.

82. Soulie J. P. et al. Aluminide intermetallics for advanced interconnect metallization: thin film studies //2021 IEEE International Interconnect Technology Conference (IITC). -IEEE, 2021. - pp. 1-3.

83. Zin E. et al. Mechanism of electromigration in Au/Al wirebond and its effects //2009 59th Electronic Components and Technology Conference. - IEEE, 2009. - pp. 943-947.

84. Официальный сайт International Roadmap for Devices and Systems URL: https://irds.ieee.org/ (дата обращения: 03.06.2025).

85. Черноруков Н. Г., Нипрук О. В. Теория и практика рентгенофлуоресцентного анализа //Электронное учебно-методическое пособие. Н. Новгород: Нижегородский ГУ. - 2012.

86. Алов Н. В. Рентгенофлуоресцентный анализ с полным внешним отражением: физические основы и аналитическое применение (Обзор) //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2010. - Т. 76. - №. 1. - с. 4-14.

87. Singh Y. Electrical resistivity measurements: a review //International journal of modern physics: Conference series. - World Scientific Publishing Company, 2013. - Т. 22. - pp. 745-756.

88. KIKKEN S., Vandalon V. Measuring film resistivity: understanding and refining the four-point probe set-up : дис. - B. Sc Thesis at the Department of Applied Physics Plasma & Materials, 2018.

89. Kjeldby S. B. et al. Probing dimensionality using a simplified 4-probe method //Journal of Physics: Condensed Matter. - 2017. - Т. 29. - №. 39. - P. 394008.

90. Berkowitz. Photoabsorption, Photoionization, and Photoelectron Spectroscopy. Academic Press. P. 156. doi:10.1016/B978-0-12-091650-4.50011-6. ISBN 978-0-12091650-4.

91. Abou-Ras D. et al. Comprehensive comparison of various techniques for the analysis of elemental distributions in thin films //Microscopy and Microanalysis. - 2011. - Т. 17. -№. 5. - pp. 728-751.

92. Навицкий А. Н., Щербакова Е. Н. Применение электронографии для исследования структуры и фазового состава тонких пленок. - 2017.

93. Мырзабекова А. М. МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОНОГРАФИИ И НЕЙТРОНОГРАФИИ В СТРУКТУРНОМ АНАЛИЗЕ //Актуальные вопросы техники и технологии. - 2018. - с. 486-488.

94. Имамов Р. М., Клечковская В. В., Суворова Е. И. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения для решения задач кристаллографии наноматериалов //Кристаллография. - 2011. - Т. 56. - №. 4. - с. 698-710.

95. Сафонов С. О. и др. Методика определения электромиграционной надежности металлических проводников интегральных схем //Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2014. - №. 5 (109). - с. 39-44.

96. JESD61. Isothermal electromigration test procedure. - EIA/JEDEC. - April, 1997. - P. 15. - URL: http://www.jedec.org (дата обращения: 19.09.2024).

97. Сафонов С. О. и др. Оценка надежности алюминиевой металлизации интегральных схем при проведении ускоренных электромиграционных испытаний при постоянной температуре //Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2014. - №. 3 (107). - с. 21-29.

98. Фоминых С. В., Сафонов С. О. СПОСОБ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РАЗВОДКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ. - 2016.

99. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П., Джой Д., Фиори Ч., Лифшин Ф. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: в двух книгах. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984. 303 с.

100. Асташенкова О. Н., Корляков А. В. Контроль физико-механических параметров тонких пленок //Нано-и микросистемная техника. - 2013. - №. 2. - с. 24-29.

101. Шостаченко С. А. и др. ТЕСТОВАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ. - 2017.

102. Горностай-Польский В.С., Корецкий Д.К. Оптимизация технологии формирования металлизации приборов силовой электроники на транзисторах TRENCH-MOSFET/ В. С. Горностай-Польский, Д.К. Корецкий// Материалы научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика - 2023" : Сборник тезисов, Москва - Зеленоград, 20-21 апреля 2023 года. - Москва: Национальный исследовательский университет "Московский

103. Горностай-Польский В.С. Конструктивно-технологические решения создания металлизации высоковольтных МДП-транзисторных структур с вертикальным каналом с топологическими нормами 0,25 мкм/ В. С. Горностай-Польский // Материалы научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика - 2024" : Сборник тезисов, Москва - Зеленоград, 25-26 апреля 2024 года. - Москва: Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники", 2024. - с. 88- ISBN 978-5-7256-1039-0

104. Васильев В.А., Серегин Д.С., Воротилов К.А., Валеев А.С., Дальская Г.Ю. Барьерные слои для систем металлизации СБИС // «НИИМЭ и завод Микрон». -2008. - C. 43

105. Hopwood J. A. The role of ionized physical vapor deposition in integrated circuit fabrication //Thin Films. - Elsevier, 2000. - Т. 27. - pp. 1-7.

106. Голишников А.А., Путря М.Г. "Плазменные технологии в наноэлектронике" // МИЭТ, 2011 С. 136

107. Gornostay-Polsky, V. S. Investigation of the deposition features and characteristics of diffusion - barrier layers of Ti-TiN for metallization in MIS - transistor structures with a vertical channel / V. S. Gornostay-Polsky, V. I. Shevyakov // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering : 14, Zvenigorod, 04-08 октября 2021 года. - Zvenigorod, 2022. - P. 121571A. - DOI 10.1117/12.2624508.

108. Горностай-Польский В.С. Исследование особенностей формирования металлизации n-МОП транзисторных структур с вертикальным каналом //Актуальные проблемы физической и функциональной электроники. - 2023.- с. 91-92.

109. Toprac A. J., Iacoponi J. A., Littau K. A. Chemical rate model for the surface pyrolysis of tetrakis (dimethylamido) titanium to form titanium nitride films //Process, Equipment, and Materials Control in Integrated Circuit Manufacturing IV. - SPIE, 1998. - Т. 3507. - pp. 100-106.

110. Driessen J., Kuypers A. D., Schoonman J. A mass-spectroscopical study of the decomposition of Ti (NMe2) 4 in a mixed Ar-H2-N2 pulsed dc plasma //Surface and Coatings Technology. - 1998. - Т. 110. - №. 3. - pp. 173-183.

111. Горностай-Польский, В. С. Исследование влияния плазменной обработки на свойства сформированных химическим осаждением из газовой фазы тонких пленок нитрида титана / В. С. Горностай-Польский, В. И. Шевяков // Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2022. - Т. 27, № 6. - С. 715-722. - DOI 10.24151/1561-5405-2022-27-6-715-722.

112. Горностай-Польский, В. С. Исследование влияния времени плазменной обработки на характеристики пленок нитрида титана, нанесенных методом химического осаждения из газовой фазы / В. С. Горностай-Польский //

Актуальные проблемы физической и функциональной электроники : Материалы 24-й Всероссийской молодежной научной конференции, Ульяновск, 26-28 октября 2021 года. - Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2021. - С. 111.

113. Горностай-Польский В.С. Исследование влияния длительности плазменной обработки на характеристики пленок TiN, нанесенных методом химического осаждения из газовой фазы // "Микроэлектроника и информатика-2020". - 2020.-С.55

114. Kim J. Y. et al. Remote plasma enhanced atomic layer deposition of TiN thin films using metalorganic precursor //Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. - 2004. - Т. 22. - №. 1. - pp. 8-12.

115. Gornostay-Polsky V. S.; Shevyakov V. I. Investigation of the deposition features and characteristics of diffusion-barrier layers of Ti-TiN for metallization in MIS-transistor structures with a vertical channel // 14-я Международная конференция «Микро- и наноэлектроника - 2021» (ICMNE-2021).- С.177,

116. Горностай-Польский В.С. Исследование особенностей создания диффузионно-барьерных слоев Ti-TiN металлизации МДП-транзисторных структур вертикальным каналом/ В. С. Горностай-Польский // Материалы научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика - 2021" : Сборник тезисов, Москва - Зеленоград, 24-25 апреля 2021 года. - Москва: Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники", 2021. - С. 48- ISBN 978-5-7256-0964-6

117. Gornostay-Polsky, V. S. Investigation of the Features of Metallization Formation for N-MOS Transistor Structures with a Vertical Channel / V. S. Gornostay-Polsky, V. I. Shevyakov // Russian Microelectronics. - 2023. - Vol. 52, No. S1. - P. S224-S227. -DOI 10.1134/s1063739723600310.

118. Горностай-Польский В.С. Многоуровневая металлизация высокотемпературных кремниевых ИС на основе вольфрама. Физика и технология / А.В. Тимаков, В.С. Горностай-Польский, В.И. Шевяков // Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2023. - Т. 28, № 2. —с. 164 - 179

119. Иванов В. Н. Словарь-справочник по литейному производству //М.: Машиностроение. - 1990. - Т. 384. - С. 11

120. Mutoh Y. et al. Effect of rhenium addition on fracture toughness of tungsten at elevated temperatures //Journal of materials science. - 1995. - Т. 30. - pp. 770-775.

121. Timakov A.V. Rhenium effect in thin films and wires of tungsten-rhenium alloys / A.V. Timakov, Shevyakov V.I. // Russian Microelectronics - 2023. - Vol. 52. - Suppl. 1. - pp. S220 - S223

122. Gromov D.G. Interaction between binary alloy thin films and silicon substrate: the conditions of bilayer formation and the effect of additional component / D.G. Gromov, A.I. Mochalov, V.P. Pugachevich, I.N. Sorokin // Appl. Phys. - 2000. - Vol. 70. - pp. 333-340.

123. Горностай-Польский В. С., Тимаков А. В., Шевяков В. И. Исследование «рениевого эффекта» в тонких пленках сплавов вольфрама //Материаловедение, формообразующие технологии и оборудование 2022 (ICMSSTE 2022). - 2022. - С. 88-95

124. Горностай-Польский В. С. Исследование особенностей создания контактной металлизации ИС на основе W-TiN-Ti-CoSi2/Si //Актуальные проблемы физической и функциональной электроники. - 2022. - С. 140-141.

125. Klaus J. W., Ferro S. J., George S. M. Atomic layer deposition of tungsten using sequential surface chemistry with a sacrificial stripping reaction //Thin Solid Films. -2000. - Т. 360. - №. 1-2. - pp. 145-153

126. Тимаков А.В. Исследование влияния примеси рения на механические свойства тонких пленок вольфрама металлизации высокотемпературных кремниевых ИС / А.В. Тимаков, В.И. Шевяков // Электронная техника. Серия 3. Микроэлектроника. - Москва. - 2023. - №4(192). - с. 51 - 54.

127. Горностай-Польский В.С., Тимаков А.В., Шевяков В.И. Способ получения тонких металлических пленок на основе вольфрама. / Патент РФ RU 2775446 C1 -2022.

128. Горностай-Польский В.С. Особенности организации процесса контроля толщин тонких металлических пленок в производственном цикле / А. Д. Волоховский, И. В. Нелюбин, В. С. Горностай-Польский // Наноиндустрия. - 2024. - Т. 17, № S10-1(128). - С. 170-175. - DOI 10.22184/1993-8578.2024.17.10s.170.175.

Приложение 1 Акты внедрения

АКТ

об использовании и учебном процессе научных результатов кандидатской диссертации Горностай-Польского B.C. по теме «Конструктнвно-тсхнологичсскис решении формирования элементов металлизации силовых МДП-транзнсторных структур с вертикальным каналом с топологическими нормами 0,25 мкм»

В учебном процессе института Интегральной электроники и рабочей программе лекционных занятий но курсу "Основы технологии 'ЗКЬ" используются следующие результаты диссертационной работы:

- Способ формирования тонких металлических пленок методом химического «каждения из газовой фазы с применением металл-органического прекурсора (Лекция 16);

- Методика определения толщины плёнок с помощью рентгено-флуоресцентного анализа (Лекция 15);

В рабочей программе по курсу "Технологические процессы наноэлсктроники":

- результаты исследования влияния примеси титана и азота на механические и электрофизические свойства металлизации ИС (Лекция 10);

Результаты диссертации используются студентами при подготовке магистерских диссертаций по тематике "Многоуровневая металлизация ИС".

&

Директор инстнгута Интегральной Лосев В.В.

Электроники, д.т.н., проф.

Приложение 2 Патент