CC BY
27
при min{Na, m }> min{Np, l} и Na > m , то расчет нужно производить, используя метод моделей;
при min{Na, m}> min{Np, l} и Na < m - использовать (13);
при min{Na, m}< min{Np, l} и Na > 1 - использовать метод присоединенных схем;
при min{Na, m}< min{Np, l} и Na < 1 - использовать (10).
ВЫВОДЫ
Моделирование радиоэлектронных схем, представленных в виде взаимосвязей двухполюсных элементов,
находит свое отражение в свойствах систем уравнений, которые описывают их работу. Получены выражения и предложены новые алгоритмы расчета функций чувствительности, которые учитывают эти свойства и дают возможность получить дополнительный выигрыш.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Петренко А,И, Основы автоматизации проектирования. - К.: Техшка, 1982. - 295 с.
2. Основы построения систем автоматизированного проектирования. Петренко А,И,, Семенков 0,И, - К.: Вища школа. Головное изд-во, 1984. - 296 с.
3. Табличные методы моделирования электронных схем на ЭЦВМ. Петренко А,И,, Власов А,И,, Тимченко А,П, - К.: Вища школа, 1977. - 195 с.
4. Тьюарсон Р, Разреженные матрицы. - М.: Мир, 1977.- 185с.
Надшшла 15.03.2000 Шсля доробки 22.03.2000
УДК621.3.049.77
ЛОКАЛЬНОЕ ОСАЖДЕНИЕ ПЛЁНОК В ТЕХ0Л0ГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИС
А. Н. Горбань, В. В. Кравчина
Электрическое смещение, режим и конструкция установки подбираются таким образом, что происходит селективное плазмохимическое травление кремния и осаждение продуктов травления в области над SÎO2. Последующее их плазмохимическое взаимодействие с кислородом приводит к образованию локального плазмохимического SÎO2 на термическом окисле кремния. Исследования структуры локальных плёнок SÎO2 показали, что полученные плазменные плёнки имеют
поликристаллическую структуру из монокристаллов а -
кристобалита и а -кварца.
Електричну напругу, режим та конструкцгю установки налагоджують таким чином, що вгдбуваеться селективне плазмохгмгчне травлення SÎ вгдносно SÎO2 i осадження продукт1в травлення на плiвцi високотемпературного окису кремтю. Наступна плазмохiмiчна взаeмодiя осаджених про-дуктiв травлення з киснем спричиняе утворення локального SÎO2. Дослiдження побудови локальних плiвок показали, що утворенш плiвки мають полiкристалiчну структуру з монокристалiв а -кристобалiта i а -кварцу.
The characterÎsatÎon of plasma etch process selected thus what sÎlÎcon was etched and plasma products make set on the areas over sÎlÎca. These plasma products are oxÎdÎsed În plasma oxygen. There are created local fÎlms self-alÎgned wÎth sÎlÎca. The structure of creating local fÎlms Îs polycrystallÎne sÎlÎcon oxÎde.
Важность вопросов разработки высокотемпературных и низкотемпературных методов формирования диэлектрических плёнок для полупроводниковых приборов общеизвестна [1,2]. Диэлектрические слои, полученные методами плазмохимического осаждения, нашли применение для пассивации и межуровневой изоляции интегральных схем. А локальное формирование слоев, самосовмещаемое с определённым топологическим ри-
сунком, например, со сформированными на поверхности подложки островками 8102, всегда рассматривается с интересом и часто предпочтительнее других технологий получения диэлектрических плёнок для многих применений.
На плазмохимическое, ионное травление материалов оказывает влияние, как структура материалов, так и фазовое состояние. В работе [4] исследовалось влияние фазового состояния на вторичную эмиссию и другие эффекты, сопровождающие ионную бомбардировку материала.
Особенностям травления структур кремния и окисла кремния посвящено достаточное количество работ [4]. Энергия активации травления значительно меньше для кремния чем для его окислов. Поэтому травление 81 атомами и радикалами фтора может протекать спонтанно, а для травления 8102 необходима стимуляция ионной бомбардировкой.
Известно использование локального формирования плёнок 8102 на поверхности фоторезиста для формирования маскирующих покрытий с элементами субмикронных размеров [5]. В этом случае производится экспонирование поверхностных слоёв фоторезиста ультрафиолетовым облучением с последующими прививкой к экспонированным областям кремнийорганических соединений из газовой фазы и проявлением не привитых областей. Проявление проводится в плазме кислорода с одновременным превращением кремнийорганических соединений на привитых областях в двуокись кремния.
В данной работе определяются условия для проте-
А. H. Горбань, В. В. Кравчина: ЛОКАЛЬНОЕ ОСАЖДЕНИЕ ПЛЁНОК В ТЕХОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИС
кания плазмохимических реакции локального травления резиста и кремния и плазмохимических реакции локального роста диэлектрических плёнок с использованием продуктов травления Si. Проводятся исследования состава и структуры формируемых плёнок, необходимые для описания механизмов протекания процессов.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Процессы плазмохимического травления проводились в реакторе диодного типа. Для реализации осаждения в процессе травления первоначально находились конструктивные особенности реактора и режимы, позволяющие травить кремниИ с максимальной скоростью, а окисел кремния с минимальной. Процессы селективного плазменного травления пленок поли-Si*, Si3N относительно SiO2 исследовались в газовоИ смеси фреонов "Хладон-14"(СЕ4) и "Хладон-113" (CCl3FCClF3). Травление фоторезиста проводилось в режиме селективного травления пленок поли-Si*, Si3N4 относительно SiO2. Особенностью такого травления является травление резиста в области кремния или поликремния и замедление травления резиста с последующим осаждением продуктов травления кремния в области над
SiO2.
Оже-спектры осаждаемых плёнок исследовались на спектрометре "Шхуна", с компенсацией зарядов, образующихся в диэлектрических плёнках, при помощи пушки нейтрализации. Кроме Оже-спектров ПХЛМ пленки снимались и масс-спектры в растре первичного пучка Ar+ 200 х 200 мкм на ионном микрозонде ВИМС "Шиповник". Структура плёнок исследовалась при помощи просвечивающего микроскопа ПРЭМ-200. При этом реплики изготавливались в виде окружности, путём вытравливания кремния подложки.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
При исследовании селективности травления пленок поли-Si*, Si3N4 относительно SiO2 было установлено, что максимум селективности поли-Si*, Si3N наблюдается при мощности 1.8 кВт и давлении 26Па. Селективность плазменного травления увеличивается при увеличении межэлектродного расстояния до 30-40 мм. При уменьшении межэлектродного расстояния до 10-20 мм скорость травления SiO2 увеличивается.
Процессы травления и осаждения проводились на установке, имеющеи регулировку скорости откачки, что совместно с загрузкои пластин Si, позволяет понизить отношение F/Si, F/C и увеличить вероятность осаждения продуктов травления Si. Мощность и межэлектродное расстояние подбираются таким образом, чтобы происходило селективное травление поли-Si*. Было замечено, что при охлаждении электрода с пластинами до
температуры меньшей температуры окружающей среды, при разгерметизации реактора, в реакторе происходит осаждение паров воды, которое значительно ускоряет модификацию пленок резиста и рост плазменных пленок 81О2 при последующем продолжении ПХО. Поэтому, процесс локальной модификации, показанный на рис.1, проводится в два этапа.
На первом этапе проводится разрушение фоторезиста в областях над поликремнием или кремнием. При этом происходит травление кремния с образованием летучих кремнийсодержащих частиц типа 8^2. Частицы 8^ осаждаются в области фоторезиста над 81О2, происходит образование связей 81-0 и 81-0-81 на месте оборванных связей 0-Н, 0-0, 0=0. На втором этапе, при подаче кислорода (паров воды), проводится локальная, самосовмещенная с островками 81О2, модификация и в результате образуются пленки окисла кремния. При помощи жидкостной обработки в серной кислоте снимаются остатки резиста над поли-81* или кремнием.
фоторезист
а)
CF2CICCI2F а з
Рабочий газ
м а 0*(СЬ)
б;
Рисунок 1 - Механизм образования плазмохимических
локально-модифицированных (ПХЛМ) плёнок на ЯЮ2 при ПХТ кремния:
а) первый этап - разрушение фоторезиста в области
и травление образование летучих соединений кремния и их осаждение на плёнках ЯЮ2 с фоторезистом;
б) второй этап - окисление силилированных плёнок и
образование локальных плёнок ЯЮ2
Ионы и радикалы Б и 01 путём электронно- и ионно-ускоренной диффузии в резисте проникают к поверхности 81 и взаимодействуют с 81 с образованием летучих соединений 8Ш2. В процессе разрушения фоторезиста в области 81 происходят активное силилирование пленки
фоторезиста на SiO2, образование кремний углеродных связей.
При локальном плазменном осаждении используются режимы селективного травления Si3N4 относительно SiO2. В процессе ПХТ топологического рисунка, содержащего островки SiO2 с фоторезистивной маской или сплошной фоторезистивной плёнкой, происходит перераспределение напряжения смещения в областях с меньшей толщиной изолятора. Что увеличивает поток ионов и усиливает процесс локального травления кремния или плёнки фоторезиста и кремния (рис.1) и уменьшает поток ионов, ослабляет травление и усиливает осаждение продуктов травления в областях маскирующей пленки SiO2.
Возможность создания самосовмещаемых, локальных островков пленок ПХЛМ субмикронных размеров и толщиной 0,1 мкм - 2,0 мкм имеет широкие возможности и делает необходимым изучение строения пленок ПХЛМ.
Анализ с помощью ИК-спектроскопии пленки ПХЛМ толщиной 0,45мкм, 1,4 мкм показал, рис.2, что основные пики соответствуют связям Si-O, в областях 1060-1070 см-1, 785-795 см-1, Si-O-Si в области 450 см-1, и Si-Si, в области 6,00 см-1 [1,2]. Кроме того для некоторых процессов наблюдаются пики в области 21002300 см-1, соответствующий связям Si-Н и в области 840 см-1, соответствующий связям Si-N. В области кремния где создание пленки ПХЛМ не происходило наблюдается пик, соответствующий связям Si-Si, и незначительные пики соответствующие связям Si-O, Si-O-Si и в области 1500-1700 см-1 предположительно соответствующие связям С-С, С-Н, С-ОН.
С помощью полученных Оже-спектров, рис.3, рассчитаны атомные концентрации 81, С, О пленки ПХЛМ толщиной 1,0 мкм (см. таблицу 1). По сравнению с контрольной пленкой термического окисла кремния в пленке ПХЛМ возрастает концентрация атомов кремния и наблюдается пик соответствующий атомам азота (концентрация азота ~ 1,5%).
Рисунок 2 - ИК спектры плазмохимической локально
модифицированной (ПХЛМ) пленки осаждаемой в области фоторезиста на термическом SiO2 толщиной 0,08 мкм с осаждёнными пленками толщиной 1-0,45 мкм и 2 - 1,4 мкм, и в области фоторезиста на Si -3
Рисунок 3 - Оже-спектры пленки термического окисла БЮ2 толщиной 0,025мкм после травления резиста в фреоне-14 - 1, ПХЛМ пленки, осаждённой на БЮ2 с использованием продуктов травления в условиях
положительной зарядки - 2, при перекомпенсации заряда, создаваемого первичными электронами - 3, в условиях точной компенсации заряда первичных электронов - 4 и при увеличении тока первичного пучка, позволяющего заметить наличие в пленке следов азота - 5
Увеличение концентрации атомов кремния происходит за счет образования соединений с большей концентрацией атомов кремния в единице объема, например, за счет образования карбида кремния или нитрида кремния.
Спектральные данные ВИМС подтверждают, что основой модифицированной пленки является 8102. Максимальная интенсивность в масс спектре принадлежит ионам кремния, кислорода их соединениям,
А. Н. Горбань, В. В. Кравчина: ЛОКАЛЬНОЕ ОСАЖДЕНИЕ ПЛЁНОК В ТЕХОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИС
интенсивность которых на 2 - 3 порядка превышает интенсивность других ионов. В масс-спектр пленки также входят углерод, водород, примеси фтора, азота, калия, комплексы 0-Н, 81-Н. Из сравнения масс-спектров плёнок ПХЛМ и термического окисла можно сделать вывод, что плёнки ПХЛМ отличаются повышенным содержанием углерода (примерно на порядок) щелочных, щелочноземельных металлов и имеют существенную особенность - содержат примесь фтора.
Таблица 1 - Расчет атомных процентов по методу чистых стандартов
№ спектра рис. 3 Атомная концентрация, % 81 Атомная концентрация, % С Атомная концентрация, % О
1 18 22 60
4 24 18 58
Согласно ВИМС содержание объемного углерода в ПХЛМ пленке выше, чем в термическом окисле.
Анализ с помощью просвечивающей микроскопии показал, что пленка имеет вид поликристаллической структуры. Средний линейный размер зерна составляет 0.33 мкм. Зёрна 81О2 имеют характерные включения, предположительно соответствующие центрам роста и состоящие из 810 с радиусом зерна поликристаллической фазы И810 ~ 0.4И81О2.
Электроннограмме пленки ПХЛМ, полученной на просвечивающем микроскопе ПРЭМ-200, соответствуют кристаллические решетки с межплоскостными расстояниями 3.91 А°, 4.3 А°, 4.48-4.91 А°. Этим межплоскостным расстояниям близки межплоскостные расстояния (101) а -кристобаллита 8102 (4,04 А°) и (100) а -кварца 81О2 (4.25 А°). Межплоскостным расстояниям 4.5 -4.9 А° близки межплоскостные расстояния (110) 810 (4.62 А°).
Проведенные исследования позволяют представить механизм селективного плазменного роста 81О2. Режим плазменной обработки подбирают таким образом, чтобы равновесие травление-осаждение в области 81 сдвигалось в сторону травления, а в области 81О2 - в сторону осаждения. Травление пленок резиста происходит по-разному. При их плазменном травлении от 1-2 мкм до 0.4 мкм пленки пористые и "прозрачные" для жидкостного тра-вителя, а над 81О2 пленки фоторезиста сохраняют маскирующие свойства. Большее ускоряющее напряжение для заряженных частиц над 81, экзотермическое самопроизвольное взаимодействие с 81 продиффундиро-вавших через резист радикалов и ионов Б и 01, протекание реакций травления и десорбция продуктов травления приводят к нарушению резиста в области 81. В области 81О2 самопроизвольного травления не
происходит. Отсутствуют локальное ускорение заряженных частиц, десорбция продуктов травления, что обуславливает замедление деградации резиста в области 81О2,и создаются условия для локальной модификации и роста пленок селективных пленок 81О2.
При локальном плазменном упрочнении пленки фоторезиста, перед травлением пленок алюминия или сплавов алюминия с кремнием, модифицированный слой располагается в приповерхностном слое фоторезиста. При плазменном создании локальной пленки окисла кремния процесс силилирования и деструкции протекает по всей толщине пленки фоторезиста.
Рассмотрим поверхностную планаризацию, сомосов-мещаемую с рисунком металлизации, при формировании ИС с несколькими слоями металлизации.
Формирование второго уровня металлизации МЕ2 проводится на рельефе, образованном металлизацией первого уровня МЕ1. Наличие указанного рельефа приводит к ухудшению и обрывам металлизации второго уровня МЕ2 на ступеньках боковых поверхностей шин МЕ1 из-за уменьшения коэффициента запыления рельефа. Поэтому, после формирования МЕ1 с АК-1 толщиной 0,6 мкм и поликремния толщиной 0,1 мкм, методом центрофугирования наносят плёнку резиста с планарной поверхностью. Плёнку подвергают дублению, после чего проводят ПХТ плёнок резиста и поликремния, кремния под резистом и с подачей кислорода производят формирование плёнок ПХЛМ.
Формирование плёнок ПХЛМ происходит в областях 81О2 между шинами МЕ1. После процесса проводят контроль плёнки резиста. Ёе толщина на пленках металла и поликремния составляет менее 0,1мкм и легко удаляется при помощи растворителей, а толщина на пленках 81О2 составляет 0,55мкм и удаление в растворителях не происходит, так как происходит образование ПХЛМ плёнки 81О2. Плёнку резиста и поликремния легко удаляют обычными химобработками и получают планарную поверхность ИС. Толщина ПХЛМ 81О2 , площадью
^О^ , зависит от площади подвергаемого ПХТ 81.
При этом глубину Н травления 81 можно определить как Н = <^8;о2 ' /2, где £ < 1 - коэффициент, показывающий отношение количества переосаждённых атомов 81 к количеству атомов травления 81, , -
площади ПХЛМ 8102 и ПХТ 81.
ВЫВОДЫ
Путём создания на поверхности пластин монокристаллического кремния рисунка из окисла кремния, и подбора параметров ВЧ разряда подобраны условия травления фоторезиста и кремния в областях кремния и частичной деструкции фоторезиста и переосаждения
кремнийсодержащих продуктов травления в областях над окислом кремния. Последующая подача кислорода позволила сформировать локальные диэлектрические плёнки толщиной 0,45 мкм - 2,0 мкм в областях над окислом кремния. Проведено комплексное исследование состава и структуры плёнок, образующихся в системе плазмохимических реакций травление - осаждение, которые представляют собой поликристаллические плёнки окисла кремния из монокристаллов а -кристобалита и а -кварца с зародышами из кристаллов карбида кремния.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Горбань 0,М,, Кравчина В,В, Процеси травлення, окислю-вання \ диффузи в монокристаличному кремни тд пл1вками штриду \ окису кремшю. Вюник ЗДУ. - 1999. - №2.- С.181 -187.
2. Голиков Ю,А,, Смирнова Т,П,, Соловьёв А,П, Плазмохимиче-ские методы синтеза диэлектрических слоев в полупроводниковой технологии // Электронная техника. Сер.3 Микроэлектроника 1986. - Вып.5.-С.1-28.
3. Евдокимов И,Н,, Юрасова В,Е. Влияние структурных и магнитных фазовых переходов в твердых телах на процессы, вызываемые ионной бомбардировкой. Поверхность. Физика, химия, механика №9 1988г.
4. Рябов С,Н,, Кутолин С,А,, Бойкин Н,И, Физико-химические особенности процессов плазмохимического травления// Электронная техника. Сер.7 Технология, организация производства и оборудование.-1981.- Вып.20(844). -С.9-10,59.
5. Боков Ю,С,, Киреев В,Ю,, Фролов В,М, Проявление скрытого силилированного изображения в пленке резиста с помощью процессов сухого травления// Электронная техника.Сер.3Микроэлектроника.-1990г.-Вып.2.-С.51-53.
Надшшла 14.03.2000 Шсля доробки 04.04.2000
УДК 621.382.3
ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ЦИФРОВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ СИСТЕМ ФАП ПРИ ПРОИЗВОЛЬНЫХ ВХОДНЫХ
ВОЗДЕЙСТВИЯХ
В. И. Гостев, А. П. Хорев, О. А. Побийпеч
Изложен метод расчета коэффициентов передаточной функции цифровых регуляторов в системах фазовой автоподстройки (ФАП). Расчет производится с учетом инерционности фильтра дискриминатора. Коэффициенты передаточной функции цифрового регулятора находятся в результате решения оптимизационной задачи методом Хука-Дживса с использованием квадратичного критерия качества для заданной аналоговой части системы.
The method of factors of the transfer function of digital regulators design for the Phase Lock Loop Systems (PLL) is shown. The design is made with allowance for inertia of the filter of the discriminator. The factors of the transfer function of the digital regulator are calculated as an outcome of the solution of an optimisation problem by Hook-Jivs method with use of a square criterion of quality for the preset analog part of the system.
ВВЕДЕНИЕ
Описание систем ФАП, их функциональные и структурные схемы подробно изложены в работе [1]. Обобщенная структурная схема систем ФАП приведена на рис.1,а. При использовании цифрового регулятора, обеспечивающего требуемую динамику системы, структурная схема систем ФАП преобразуется к виду, приведенному на рис.1,б, или, для линейного режима, к виду, приведенному на рис.1,в. Ниже предложен один из вариантов оптимизации передаточных функций цифровых регуляторов систем ФАП при произвольных
входных воздействиях.
Рисунок 1
