автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Теоретическое и экспериментальное исследование процесса термического окисления кремниевых структур

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

>ГБ ОД

На правах рукописи

( Ь СЕН 1355

ЗЛ0ТНИК0ВА ИРИНА ЯКОВЛЕВНА

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР

Специальность 05.27.01 "Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор М.И.ПЩВЕЛЕВ

Научный консультант кандидат физико-математических наук, доцент Л.С.МИДОВСКАЯ

ВОРОНЕЖ 1995

Работа выполнена на кафедре теоретической физики Воронежского государственного педагогического университета

Научный руководитель кандидат технических наук,

профессор М.И. Щевелев

Научный консультант кандидат физико-математических наук,

■ доцент Л. С. Мидовская

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Урывский Ю.И., (НИИПМ, Воронеж) кандидат технических наук, старший научный сотрудник Еремин С.А. (НШЭТ, Воронеж) Ведущая организация Воронежский государственный

технический университет

Защита состоится 2/. 03, 1995 г. в часов на заседании специализированного совета K06.48.Cte при Воронежском государственном университете по адресу: г. Воронеж, Университетская пл., 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Ваш отзыв на реферат в двух экземплярах, заверен! печатью учреждения, просьба направлять по адресу: 394693, г. Воронеж, Университетская пл., 1, ученому секретарю специализированного совета К06.48.02.

Автореферат разослан " ^ " ^^ЧуоГо 1995 г.

Ученый секретарь В^И.Клюкин

специализированного совета ^ К 06.48.02,' к.т.н., доцен?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение степени интеграции и быстродействия МОП - СБИС, уменьшение до субмикронных размеров их элементов и усложнение топологии приводят к усложнению технологического процесса в целом за счет введения дополнительных операций и увеличения количества слоев в изготовляемых СБИС. Соответственно растет число факторов, определяющих качество и надежность полупроводниковых приборов. Прогресс в области совершенствования операций процесса изготовления полупроводниковых приборов в значительной мере определяется применением математического моделирования физических процессов в полупроводниках. Таким процессом, относящимся к важнейшим технологическим этапам изготовления полупроводниковых приборов, является термическое окисление.

Защитные диэлектрические пленки играют важную роль в изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Они дают возможность проводить локальную диффузию примеси, формировать изолированные друг от друга активные и пассивные элементы микросхем, а также защищать р-п- переходы от внешних воздействий. В настоящее Бремя для формирования оксидных слоев разработано несколько методов, которые включают в себя термическое окисление, анодирование в растворах электролитов, пиролитическое осаждение и плазменное окисление.

Наиболее распространенным является метод термического окисления, при котором защитные диэлектрические пленки получают при нагревании исходных кремниевых пластин в среде окислителя. Этот метод позволяет получать высококачественные изолирующие пленки, равномерные по толщине и структуре.

Проведенное изучение состояния вопроса моделирования процесса термического окисления полупроводников, показало, что, несмотря на многообразие моделей, те из них, которые являются универсальными, имеют чрезмерно усложненный алгоритм решения поставленной- задачи моделирования. Требуя большого количества вычислений, такие модели накладывают жесткие ограничения на выбор ЭВМ. Другие модели описывают лишь частные случаи, причем наиболее изученным является процесс локального окисления. Кроме того, уменьшение размеров приборов

- г -

требует учета многомерных эффектов, что также значительно увеличивает время счета. В связи с этим важной задачей является разработка такой двумерной модели., которая предельно приближена к операциям реального технологического процесса, легко может быть распространена и на другие случаи, не требует значительных временных затрат.

Таким образом, актуальность темы исследования продиктована необходимостью создания средств моделирования термического окисления кремния, обеспечивающих выбор оптимальных режимов проведения этого процесса. .

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка алгоритмических и программных средств моделирования процесса термического окисления кремния, которые могут использоваться как основа обеспечения требуемого уровня качества формируемых структур.

Исходя из данной цели, в работе определены следующие задачи исследования:

1) разработка математической модели и метода расчета процесса термического окисления кремниевых структур;

2) экспериментальное исследование процесса термического окисления поликремниевой шины, обеспечивающее верификацию разработанной модели.

Научная новизна. Разработаны алгоритмические и программные средства моделирования процесса термического окисления кремния.

1) Методом конечных разностей решена двумерная задача о распределении концентрации окислителя в кремниевой пластине. Впервые предложенная замена уравнения движения границы оксид-кремний набором более простых условий позволила повысить эффективность программ.

2) Разработаны математическая модель и методика исследования процессов локального окисления и формирования оксидной изолящи на поверхности поликремниевой шины, позволяющие оценить близость полученных геометрических профилей оксида к оптимальным.

3) Разработан подход к оптимизации геометрических параметров формируемой на поверхности поликремниевой шины оксидной изоляции с использованием в качестве критерия величины выступов оксидной изоляции.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1) Решение двумерной задачи распределения концентрации в кремниевой пластине методом конечных разностей с заменой уравнения движения границы оксид-кремний набором более простых условий позволяет сократить количество вычислений, и соответственно, время счета, на величину, пропорциональную количеству узлов сетки на границе раздела оксид - кремний. Благодаря использованию специального приема отсутствует необходимость использования неравномерной разностной сетки и ее изменения в процессе счета, что сокращает количество вычислений и объем занимаемой программой памяти пропорциональ-

0,56 К1

но величине - , где К} и Кг - количество узлов сет-

0,44(К1+К2)

ки, лежащих над и под границей раздела оксид - кремний соответственно, К1+К2 - общее количество узлов сетки.

2) Разработанные математическая модель и методика исследования процессов локального окисления кремниевой пластины и формирования оксидной изоляции на поверхности поликремниевой позволяют получать геометрические профили оксида для различных условий окисления, а такие температурные зависимости толщины оксидной изоляции, величины сужения активной области МОП-транзистора и их отношения для различных ориентации поверхности пластины кремния при локальном окислении кремния и времени полного окисления поликремниевой шины.

3) Результаты экспериментального исследования процесса формирования оксидной изоляции на поверхности поликремниевой шины подтверждают адекватность выбранной математической модели описываемому процессу и позволяют определить условия появления выступов оксидной изоляции. Установлено, что среднее значение отношения величины выступов оксидной изоляции к ее толщине соответствует выведенному теоретически значению

иг:

Практическая ценность работы заключается в следующем.

1) Разработка математической модели процесса термического окисления кремния проводилось с целью ее промышленного использования при изготовлении полупроводниковых интегральных схем. Результаты теоретического расчета сравнивались с данными, соответствующими реальному технологическому процессу.

2) Проведено моделирование процессов локального окисления и формирования оксидной изоляции на поверхности поликремниевой шины и получены геометрические профили оксида для случаев локального окисления и формирования оксидной изоляции на поверхности поликремниевой шины. Результаты дают возможность выбирать оптимальные режимы проведения технологических операций, связанных с термическим окислением, и оценивать значения параметров в тех случаях, когда их экспериментальное определение затруднено.

3) Впервые проведено экспериментальное исследование условий появления выступов оксидной изоляции при окислении поликремниевой шины и определено значение отношения величины выступов оксидной изоляции на поверхности поликремниевой шины к ее толщине.

Результаты практической реализации и внедрения состоят

в. использовании математической модели процесса термического окисления кремния для расчета параметров структур, формируемых путем термического окисления в процессе технологического цикла МОП - СБИС в практике НПО "Электроника", г.Воронеж.

Материалы диссертационной работы используются в курсе "Математическое моделирование" Воронежского государственного педагогического университета при организации лабораторных работ студентов специальности "Учитель физики и математики".

Апробация работы. Материалы и результаты выполненных по теме диссертации исследований докладывались и обсуждались на конференциях "Информационные технологии и системы. Технологические задачи механики сплошных сред" (г.Воронеж, 1992

г,), "Проблемы и прикладные вопросы физики" (г.Саранск, 1993) , "Физические аспекты надежности. Методы и средства диагностирования интегральных схем" (НПО "Электроника", г. Воронеж, 1993), на региональном семинаре по процессам тепломассообмена в Воронежском государственном политехническом институте (г. Воронеж, 1992-1994 г.г.), в московском энергетическом институте (г.Москва, 1993,1994 г.г.), на VIII и IX научно-технических отраслевых конференциях "состояние и пути повышения надежности видеомагнитофонов" (г.Воронеж, 1994,1995 г.г.), на II международной конференции "Обратные задачи и методы идентификации динамических систем" (г. Санкт-Петербург, 1994), в Воронежском высшем военном училище

радиоэлектроники (1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений, включает 38 рисунков, 12 фотографий, 3 таблицы и список литературы из 59 наименований. Общий объем диссертации 140 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемого вопроса, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, перечислены основные положения работы,выносимые автором на защиту, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, даны сведения о структуре и объеме диссертации, публикациях и апробации диссертации, кратко сформулировано основное содержание работы.

Первач глава посвящена анализу современного состояния вопроса моделирования окислительно-диффузионных процессов в полупроводниках.

Проведено сравнение и классификация имеющихся моделей окислительно-диффузионных процессов в полупроводниках.

Сформулированы выводы по использованию математических моделей диффузионно-окислительных процессов для оценки параметров структур, формируемых путем термического окисления, На основе анализа литературных данных поставлены цель и" задачи исследования.

Вторая глава посвящена изложению предлагаемой математической модели процесса термического окисления.

Обосновывается выбор процессов локального окисления кремния и окисления поликремниевой шины как объектов моделирования.

Локальное окисление кремния используется для формирования оксидной изоляции. Отклонения рельефа изолирующего оксида от оптимального могут иметь следующие последствия.

1) Большая толщина оксидного слоя ведет к большему заряду в оксиде, наводящему инверсионный слой. Заряд в оксиде приводит к утечкам изоляции. Активная область, примыкающая к оксиду, может легко инвертироваться при возрастании положи-

- 6 -

тельного заряда в изолирующем оксиде.

2) Вследствие окисления под маску происходит уменьшение ширины активной области транзистора. В результате наблюдается несоответствие геометрических размеров и повышение порогового напряжения всех типов транзисторов. Устойчивость прибора снижается.

3) Недостаточная толвдна оксидного слоя ведет к плохой боковой-изоляции.

4) При формировании разделительной изоляции по периметру активной области возникает оксидное образование в форме птичьего клюва. Оно приводит к искажению распределения примеси.

Для формирования проводящих поликремниевых шин в технологическом цикле изготовления МОП - СБИС выполняется следующая последовательность операций. Сначала на заранее подготовленный оксид наносится поликремний. Затем поликремний гравируют, формируя шины. С помощью ионной имплантации в образец загоняется мышьяк. Последующая операция состоит в формировании изоляции на поверхности легированного поликремния путем термического окисления. Одновременно происходит разгонка мышьяка в поликремниевые шины и во вскрытые сток-исто-ковые области в монокристаллическом кремнии.

При моделировании процесса термического окисления поликремниевой шины учитывались следующие соображения.

Окисление происходит не только по верхней и боковым границам поликремния, но и по нижней границе раздела поликремний-оксид. В результате поликремний и образовавшийся на нем слой приподнимаются.

Объем образующегося оксида в 2 раза больше объема исходного поликремния. Следует,' однако, учитывать, что увеличение объема в 2 раза возможно только на ребрах поликремниевой шины, а на границах увеличение объема

происходит в / 2 раз. Это приводит к появлению на углах выступов оксидной изоляции. Кроме того, поток окислителя направлен по нормали к поверхности. На ребрах шины нормаль-не определена. Поэтому при определении толщины оксида в углах необходимо ввести эмпирический коэффициент роста.

После термического окисления поликремния для улучшения изоляции между поликремниевой шиной и алюминиевой металлиза-

цией проводится стадия пиролитического окисления. Получаемый осаждением оксид повторяет рельеф предшествующего слоя термического оксида. Поскольку получаемый слой оксидной изоляции имеет выступы, то и наносимый на следующем этапе слой металлизации имеет в результате неравномерную толщину. Возможное выгорание металлизации вследствие уменьшения ее тол-шины может приводить к снижению надежности интегральной схемы. Таким образом, отклонение геометрических размеров формируемой структуры от оптимальных характеризуется максимальной длиной по диагонали оксидного выступа с учетом поднятия поверхности кремния.

Обоснован выбор модели процессов локального окисления и формирования оксидной изоляции на поверхности поликремниевой шины, основанной на использовании двумерного уравнения диффузии

д С Э2С (1)

Л "0 а^+ 0 ■

Уравнение (1) дополнялось начальным и граничными условиями, соответствующими конкретной задаче. Решение проводилось методом конечных разностей с использованием неявной схемы.

Впервые предложено заменить уравнение движения границы оксид-кремний, значительно усложняющее модель, условием

и(хГр,уГр,1) = и Кр, (2)

где иКр - концентрация окислителя, при которой происходит образование оксида, находится как количество молекул, содержащееся в 1 мкм3 5102, и равна 2,2-Ю10 мкм-3.

При решении задачи моделирования термического окисления кремния выполняется следующая последовательность действий.

1. Задаем состояние пластины в начальный момент времени

Ь-0.

2. Проводим решение уравнения диффузии совместно с граничными и начальным условиями методом конечных разностей с неподвижной границей.

3. Для момента времени Ъ-ДЬ определяем концентрацию

окислителя U(x,y,At) во всех точках кремниевой пластины.

4. Для каждой точки проверяем выполнение условия (2).

5. Как только концентрация кислорода в узле достигает величины UKp, делаем вывод об образовании оксида. При этом:

а) Концентрация кислорода уменьшается на величину, равную количеству молекул, участвующих в образовании оксида.

б) Коэффициент диффузии кислорода в кремнии заменяется на коэффициент диффузии в оксиде.

в) Положение границы раздела кремний-оксид в момент времени At определяем как совокупность точек, для которых выполняется условие (2)'.

6. В начальный момент времени t-О поток окислителя через верхнюю границу равен начальному значению q0 и направлен по нормали к поверхности кремниевой пластины, совпадающей с осью 0Y. В следующий момент времени Д1 положение верхней границы изменяется. Из условия равенства потоков для величины потока окислителя через поверхность пластины q следует записать

q - Qrp ■ (3)

Поток окислителя на границе раздела кремний - оксид определяется формулой

а U

Qrp " D -- . (4)

а п

7. Учтем увеличение объема оксида кремния по сравнению с исходным кремнием. Рассмотрим элементарный объем кремния, подвергшийся окислению на данном шаге. Его увеличение в 2,3 раза приводит к тому, что концентрация окислителя уменьшается в 2,3 раза. Рассчитанная концентрация окислителя делится между исходным и дополнительным объемами в отношении 0,44 и 0,56. Этот прием позволяет сохранять сетку неизменной.

8. Повторяем указанные в пунктах 2-6 действия для следующих моментов времени Sût, 3At, 4At,..

Предлагаемая модель термического окисления кремниевых структур обладает следующими основными преимуществами перед другими известными моделями термического окисления кремние-

вых структур:

1) За счет отказа от определения положения границы обычными средствами, то есть путем решения уравнения ее движения, количество вычислений, и соответственно, время счета, сокращено на величину, пропорциональную количеству узлов сетки на границе раздела оксид - кремний.

2) Отсутствие необходимости использования неравномерной разностной сетки и ее изменения в процессе счета сокращает количество вычислений и объем занимаемой программой памяти

0,56 Ка

пропорционально величине - , где К1 и Кг

0,44(Ка+К2)

количество узлов сетки, лежащих над и под границей раздела оксид - кремний соответственно, К1+К2 - общее количество узлов сетки.

Разработанная математическая модель использовалась для расчета ' параметров оксидной изоляции, формируемой при локальном окислении кремния, в том числе при наличии структурных дефектов (дислокаций), и параметров оксидной изоляции, формируемой на поверхности поликремниевой шины. Данная методика может быть также применена для расчета параметров структур, формируемых с помощью термического окисления на любой другой стадии технологического процесса.

В результате теоретического расчета получены значения параметров оксидной изоляции, формируемой в результате процесса локального окисления кремния. Вследствие проникновения под маску окислителя и образования вблизи нее характерной формы оксида, носящей название "птичий клюв", происходит уменьшение ширины активной области и, как следствие, изменение геометрических и электрофизических параметров интегральной схемы. К параметрам, характеризующим отклонение геометрических размеров формируемой структуры от оптимальных, относятся толщина оксидной изоляции, величина сужения активной области МОП-транзистора и их отношение.

С использованием вышеприведенной методики была рассчитана температурная зависимость толщины оксидной изоляции, величины сужения активной области МОП-транзистора и их отношения. Температура окисления варьировалась от 850°С до 1000°С с шагом 50°С. Рассматривались пластины монокристаллического кремния с 3 различными ориентациями поверхности -

(100), (110), (111) и поликристаллический кремний. Зависимость скорости окисления от ориентации поверхности пластины учтена введением соответствующих коэффициентов. Для каждой из ориентация при данной температуре были исследованы зависимости толщны оксида от времени окисления. На рис.1 приведены графики экспериментальной и теоретической зависимостей толщны оксида от времени для поликристаллического кремния, окисляемого при температуре 950 °С. На рис.2 проводится сравнение рассчитанной температурной зависимости отношения величины сужения активной области МОП-транзистора к толщине оксидной изоляции с экспериментальными данными, приводимыми в СИ.

В результате теоретического расчета получены значения параметров оксидной изоляции, формируемой в результате процесса окисления легированной поликремниевой шины. В качестве параметра, характеризующего отклонение геометрических размеров формируемой структуры от оптимальных, выбрана величина выступов оксидной изоляции на поверхности поликремниевой шины.

Изучение температурной зависимости параметров структуры проводилось в диапазоне от 850 до 1000°С .с шагом 50°С. В качестве исследуемых параметров выбраны время полного окисления образца tost и достигаемая для данной температуры максимальная длина по диагонали оксидного выступа с учетом и без учета поднятия поверхности кремния в результате окисления по нижней границе поликремния h и h* соответственно.

В третьей главе приведено, описание хода проведения и анализ результатов экспериментальной проверки методики расчета параметров структур, формируемых путем термического окисления в процессе технологического цикла МОП-СБИС.

В диссертации впервые проведено экспериментальное исследование процесса формирования выступов оксидной изоляции на ребрах поликремниевой шины.

Целями проведенного эксперимента являлись:

1) проверка предложенной математической модели процесса термического окисления кремния;

2) определение условий, при которых происходит образование выступов оксидной изоляции поликремниевой шины;

Рис. 1. Сравнение Экспериментальной» теоретической зависимостей толщины оксида от времени для поликремния (1 - 5кспериыентальные данные, 2 - результаты расчетов). Температура окисления 950 °С. давление окислителя 10 атм.

Рис. 2. Сравнение теоретической и экспериментальной зависимостей величины Дх/d,,« от температуры окисления (1, 2, 3, 4 -результаты расчетов для ориентации пластин (100), (110), (111) и "поликреыни соответственно, 5,6 - экспериментальные данные для ориентации пластин (100) и (111) [1]).

- 12 -

3) определение значения отношения величины выступов оксидной изоляции к ее толщине.

В ходе проведения экспериментальной проверки предложенной методики расчета параметров структур, формируемых путем термического окисления в процессе технологического цикла МОП - СБИС, были изготовлены шесть партий образцов, отличающихся способом формирования исходной поликремниевой структуры.

Основными этапами проводимого эксперимента являлись:

1) подготовка исходных пластин;

2) осаждение поликремния;

3) термическое окисление поликремния в установке "Термо-ком" при повышенном давлении (температура окисления 950° С);

4) исследование и фотографирование полученных образцов при помощи электронного сканирующего микроскопа.

Для третьей партии образцов основная схема проведения экспериментальных работ была дополнена этапом механического скалывания образца по кристаллографическим плоскостям. При изготовлении четвертой и пятой партии образцов этапу термического окисления предшествовало плазмохимическое травление по шаблону исходного поликремния. При изготовлении шестой партии образцов нанесение поликремния и плазмохимическое травление проводились дважды.

После завершения эксперимента проводилось изучение полученных при помощи электронного сканирующего микроскопа фотографий, Исследуемыми параметрами являлись толщины термического оксида на плоскости и на ребре поликремниевой шины, а также их отношение.

Точность полученных экспериментальных данных определялась двумя факторами - точностью измерений, производимых с помощью электронного сканирующего микроскопа, и однородностью слоя оксида, толщина которого измерялась. Измерения толщины оксидного слоя проводились на экране электронного микроскопа при помощи подвижных визиров. Относительная точность измерений составляла 2 %. Использование подключаемого к электронному микроскопу фотопринтера позволило получать результаты в виде фотографий и дублировать измерения толшины оксидного слоя на экране сканирующего микроскопа измерениями по фотографии, которые, однако, являлись менее точными ввиду худшего качества изображения.

- 13 -

При проведении измерений толщины оксида отбирались образцы, характеризовавшиеся наибольшей однородностью оксидного слоя, то есть такие, для которых разброс толщин оксида составлял не более 3 Измерение толщины оксида производилось не менее чем в пяти точках, затем полученные результаты усреднялись. Все приводимые далее в работе величины толщин оксида являются усредненными величинами. Таким образом, относительная погрешность получаемых экспериментальных данных составляет не более 5 %.

Для первой и второй партий образцов исходные поликремниевые структуры имели закругленную форму поверхности окисления. Полученные в результате эксперимента фотографии позволили сделать вывод об отсутствии оксидных выступов при данном выборе геометрической формы исходного поликремния, а также получить экспериментальную зависимость толщины оксида от времени.

Для большинства образцов третьей партии получаемая в результате термического окисления структура имела ярко выраженные дефекты (трещины, выбоины на поверхности оксида и исходного поликремния, отслаивание оксидного слоя), являющиеся следствием дефектов, возникших на стадии механического скалывания образцов. Толшдаа оксида для таких структур являлась неоднородной. Однако для образцов, характеризовавшихся наилучшим качеством поверхности окисления наблюдалось увеличение оксидного слоя на ребре по сравнению с толщиной оксида на плоскости. Увеличение толщины оксида на ребре происходило не за счет образования оксидных выступов, а за счет ухода оксида вглубь поликремния.

Для четвертой партии образцов отмечалось увеличение толшдаы оксида на ребре за счет ухода оксида вглубь образца. Соотношение толщин оксида на ребре и на плоскости составляет

/1Граз.

Для всех образцов пятой партии образцов оксидный слой имеет на ребре ярко выраженный выступ в горизонтальном направлении. Наличие зоны геометрической тени для таких структур может приводить к обрыву металлизации. В вертикальном направлении увеличение толщины оксидного слоя происходило не за счет образования выступа, а за счет ухода оксида вглубь поликремния. Среднее соотношение толщин оксида на ребре и на

плоскости составляет в среднем 1,35 раза, а для отдельных образцов до 1.5 раз. Таким образом, установлено, что среднее значение отношения величины выступов оксидной изоляции к ее толщине соответствует выведенному теоретически значению.

Исходная структура, формируемая при изготовлении шестой партии образцов, была близка к моделируемой. Для данной конфигурации структуры наблюдалось образование оксидных выступов как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Фотографирование образцов с помощью электронного микроскопа проводилось в проекции, позволяющей наблюдать образование' оксидных выступов таюке для структур, расположенных вблизи от исследуемой поликремниевой шины.

В результате проведенного экспериментального исследования было установлено следующее.

1) Проведенное сравнение рассчитанной и экспериментальной зависимостей толщины оксида от времени позволили установить, что расхождение экспериментальных и теоретических данных не превышает ю %.

2) Появление оксидных выступов наблюдается в тех случаях, когда высота и ширина поликремниевой шины сопоставимы с толщиной оксида. В тех случаях, когда геометрические размеры структуры много больше толщины оксида, увеличение толщины оксида на ребре происходит за счет его ухода вглубь поликремния. В структурах с закругленной формой края образования оксидных выступов и увеличения толщины оксидного слоя не происходит. Таким образом, основным фактором, влияющим на образование выступов, является геометрия структуры.

3) Среднее значение отношения величины выступов оксидной изоляции к ее толщине соответствует выведенному теоретически значению /V.

Четвертая глава содержит описание пакета прикладных программ для моделирования операций технологического процес-са(блок-схемы программ приводятся в приложении к диссертации) .

В заключении сформулированы основные результаты и выводы.

- 15 -

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведено моделирование процессов локального окисления и формирования оксидной изоляции на поверхности поликремниевой шины. Получены геометрические профили оксида для случаев локального окисления и формирования оксидной изоляции на поверхности поликремниевой шины. Результаты дают возможность выбирать оптимальные режимы проведения технологических операций, связанных с термическим окислением, и оценивать значения параметров в тех случаях, когда их экспериментальное определение затруднено.

2. Впервые предложена замена уравнения движения границы оксид-кремний, значительно усложняющего модель, набором более простых условий, что позволило повысить эффективность программ за счет сокращения количества вычислений на величину, пропорциональную количеству узлов сетки на границе раздела оксид - кремний.

3. Решение двумерной задачи о распределении концентрации окислителя в кремниевой пластине получено в численной форме методом конечных разностей с использованием ЭВМ. Благодаря использованию специального приема отсутствует необходимость использования неравномерной разностной сетки и ее изменения в процессе счета, что сокращает количество вычислений и объем занимаемой программой памяти пропорционально

0,56 К1

величине —:- , где К1 и Кг - количество узлов сетки,

0,44(К1+К2)

лежащих над и под границей раздела оксид - кремний соответственно, К1+К2 - общее количество узлов сетки.

4. Разработан подход к оптимизации геометрических параметров формируемой на поверхности поликремниевой шины оксидной изоляции с использованием в качестве критерия величины выступов оксидной изоляции.

5. Впервые проведено экспериментальное исследование условий появления выступов оксидной изоляции при окислении поликремниевой шины. Установлено, что появление оксидных выступов при окислении поликремниевой шины наблюдается в тех случаях, когда ее высота и ширина сопоставимы с толщиной формируемой оксидной изоляции. Среднее значение отношения величины выступов оксидной изоляции к ее толщине

соответствует выведенному теоретически значению / 2 .

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Щевелев М.й., Злотникова И.Я. Моделирование процессов окисления в технологии создания полупроводниковых структур. - М.,1992. - 10 с. Деп. в ВИНИТИ 22.07.1992, N 2403-В92

2. Щевелев М.И., Злотникова И.Я. О моделировании процессов диффузии при изготовлении интегральных схем. -М.,1992. -14 с. Деп. в ВИНИТИ 22.07.1992, N 2402-В92

3. Щевелев М.И., Злотникова И.Я. О численном моделировании процесса окисления кремния в присутствии структурных дефектов. - М.,1993. - 10 с. Деп. в ВИНИТИ Q7.12.93 г. N 3029-В93.

4. Щевелев М.И., Злотникова И.Я. Процессы массообмена при термическом окислении// Теплоэнергетика. - Воронеж: Воронеж. политехи, ин-т, 1993. С.127-135.

5. Злотникова И.Я., Щевелев М.И. Вопросы моделирования диффузии и окисления при изготовлении интегральных схем// Материалы научной конференции "Информационные технологии и системы", 4.4. - Воронеж, 1994. - С.50-55.

6.Мидовская Л.С., Злотникова И.Я. Решение обратной задачи диффузии при математическом моделировании процесса термического окисления кремния// Материалы II международной конференции "Обратные задачи и методы идентификации динамических систем". - Санкт-Петербург, 1994. - C.D-6-1 - D-6-7.

7. Злотникова И.Я., Щевелев М.И. Вопросы моделирования дифузии и окисления при изготовлении интегральных схем// Материалы конференции "Информационные технологии и системы. Технологические задачи механики сплошных сред. - Воронеж, 1992. - С.76.

8. Злотникова И.Я., Щевелев М.И. Диффузия в кремнии при -изготовлении интегральных схем и ее влияние на надежность и отказоустойчивость// Материалы научно-технической конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики". - Саранск, 1993. - С. 67-.

9. Щевелев М.И., Злотникова И.Я. Моделирование профиля окисла при формировании изоляции на поверхности поликремниевой шиныУ/Материалы VIII научно-технической отраслевой конференции "Состояние и пути повышения надежности видеомагнитофонов". - Воронеж, 1994. - С.67-68.

10. Злотникова И. Я. Исследование влияния температуры на параметры окисной изоляции. // Теплоэнергетика. - Воронеж: Воронеж, государ. техн. ин-т, 1995. С.146-151.

11. Злотникова И.Я., Щевелев М.И. Экспериментальная проверка методики расчета параметров структур, формируемых в процессе технологического цикла МОП-СБИС. //Материалы IX научно-технической отраслевой конференции "Состояние и пути повышения надежности видеомагнитофонов". - Воронеж, 1995. -С.57-59.

12. Могилев A.B., Злотникова И.Я. Элементы математического моделирования. - Омск: Изд-во Республиканского Центра новых информационных технологий в образовании,1995. - 104 с.

Цитируемая литература

1. Wu Т.-С., Stasy W.T., Ritz K.N. The influence of th< LOCOS Processing Parameters on the Shape of the Bird's Be,

Structure // J. Electrochem.Soc., 1983, N 7, p.p.1563-1566. __

Заказ 205 or 7.6.95 г. Тир. 100 экз. эорнат 60 X 9Q I/I6.