Отражение некогерентного ИК-излучения в полупроводниковых структурах при быстрой термической обработке Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Секция микроэлектроники и технологии больших интегральных схем

УДК 621.382.132

О.А. Агеев

ОТРАЖЕНИЕ НЕКОГЕРЕНТНОГО ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ ПРИ БЫСТРОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКЕ

Быстрая термическая обработка (БТО) некогерентным ИК-излучением является основой для развития микроэлектроники по пути снижения размеров элементов ИС до субмикронных, а также широко применяется при изготовлении полупроводниковых приборов высокотемпературной электроники [1-2]. Сокращение длительности высокотемпературных операций, практически полная активация ионно-имплантированной примеси, возможность формирования мелкозалегающих р-п-переходов, формирование силицидов , -ляются основными достоинствами БТО [2].

, , -таточная изученность процессов, происходящих при воздействии потоков - , -ют собой сложные, пространственно неоднородные совокупности областей

, -,

свойствами. Процессы отражения и поглощения некогерентного ИК-излучения в таких структурах оказывают основное влияние на выход годных изделий [4-7].

Целью настоящей работы является разработка математической модели и изучение закономерностей отражения некогерентного ИК-излучения в структурах Б!02/Б!, Б!02/Б!С, Б!С/Б! с учетом спектральной зависимости ис.

В качестве источников ИК-излучения в установках БТО используются кварцевые галогенные лампы, которые имеют интенсивность излучения, неоднородно распределенную в диапазоне длин волн от А-|=0,3 мкм до А2=1,7 мкм [1 - 3]. В этом случае отражение некогерентного излучения в многослойных структурах характеризуется полным коэффициентом отражения [8]:

А

| (л ,А) I (А)ЛА

* (л ) = а—а----------------------------, (1)

\1 (А)ЛА

А

где Р3(й, А) - коэффициент отражения структуры, 1(А) - спектральная зависимость интенсивности излучения некогерентного источника.

Наличие многослойной структуры на поверхности полупроводниковой подложки приводит к зависимости коэффициента отражения от параметров . ,

,

можно использовать методику расчета параметров интерференционных светофильтров [8, 9]. Если многослойная структура (мультислой) состоит только из однородных пленок с показателем преломления п и толщиной ^ то каждая пленка характеризуется матрицей

=

Cos (j nd) i 1 Sin (j nd )

i n Sin (j nd ) Cos (j nd )

(2)

Для вычисления матрицы мультислоя, состоящего из к однородных

,

м =п М,.

j=1

(3)

Коэффициенты отражения (Р3) и пропускания (Т3) структуры определяются с помощью выражения [8, 9]

Г8 (й,А) = 1 - * (й,А) = 4( + (М( + (М222 + пм п5М ’ + -1-М221 Г, (4)

где ns - показатель преломления подложки; nM - показатель преломления окружающей среды; My - элементы матрицы мультислоя.

Модель, представленная выражениями (1) - (4), может быть использована для расчета зависимостей полного коэффициента отражения в многослойной структуре от состава и толщины пленочных покрытий, с учетом спектральной зависимости интенсивности источника излучения при БТО.

Анализ структур ИС и приборов высокотемпературной электроники показывает, что при их формировании широко используется SiO2 (диэлектрическая изоляция, маскирование, пассивация элементов и т.д.), кроме того, одним из основных способов снижения стоимости приборов высокотемпературной электроники является использование гетероэпитаксиальных структур SiC/Si. Таким образом, представляет интерес изучение закономерностей отражения некогерентного ИК-излучения в структурах SiO2/Si, SiO2/SiC и SiC/Si. Значения показателей преломления для материалов, используемых в расчетах в рассматриваемом диапазоне длин волн, представлены в таблице [8]. Результаты расчетов представлены на рис. 1-3.

Показатели преломления материалов

Материал n

Воздух 1

Si 3,4

SIO2 1,45

SiC 2,67

Анализ результатов расчетов для структур Б!02/Б! показывает их совпадение с экспериментальными данными, представленными в [6, 7], что подтверждает адекватность разработанной модели.

Из представленных результатов следует, что полный коэффициент отражения некогерентного ИК-излучения существенно зависит от толщины пленочных покрытий в диапазоне толщин, используемых в технологии изготовления ИС и полупроводниковых приборов высокотемпературной электроники.

к I

0.3 0.25 0.2

0.15 0.1

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 н м™

Рис.1. Зависимость полного коэффициента отражения структуры БЮ2-Б1 от толщины слоя диоксида

Я “

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 ^ ^

Рис.2. Зависимость полного коэффициента отражения структуры БЮ2-Б/С от толщины слоя диоксида

Рис.3. Зависимость полного коэффициента отражения структуры SiC-Si

от толщины слоя диоксида

Разработанная модель может быть использована при моделировании температурных полей в полупроводниковых структурах и оптимизации режимов БТО для повышения выхода годных изделий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Борисенко В.Е. Твердофазные процессы в полупроводниках при импульсном нагреве. Минск.: Навука i тэхнка, 1992.

2. Singh R.. Rapid isotermal processing // J.Appl.Phys. 1988. Vol.63(8). P.R59.

3. Сеченое P..A, Светличный A.M. и др. Вакуумная установка импульсной термообработки HTO-18M // Электронная промышленность. 1991. N3. С.6.

4. Sturm J.C., Reaves C.M. Silicon temperature measurement by infrared absorption: fundamental process and doping effects // IEEE Transactions on electron devices. 1992. Vol.39(1). P.81.

5. Agueev O.A., Svetlichny A.M., Soloviev S.I. Simulation of incoherent radiation absorption in 3C-, 6H-, and 4H-SiC at rapid thermal processing // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2000. Vol.3(3). P.379.

6. Timans P.J. Temperature measurement in rapid thermal processing // Solid State Technology. 1997. April. P.63.

7. Wong P.Y., Miaoulis I.N. Optical effects of multilayer thin-film structures during zone-melting recrystallization with an infrared heat source. // J. Appl. Phys. 1991. Vol.70(12). P.7594.

8. Хаcc Г., Тун Р.Э. Физика тонких пленок: B6t. М.: Мир. Т.5. 1972.

9. . ., . .

устройств светомагнитотерапии // Известия ТРТУ. 1998. №4(10). С.98.