Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование и разработка системы характеризации процессов формирования наноразмерных элементов интегральных схем Волоховский Александр Дмитриевич

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Волоховский Александр Дмитриевич. Исследование и разработка системы характеризации процессов формирования наноразмерных элементов интегральных схем: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.27.01 / Волоховский Александр Дмитриевич;[Место защиты: ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»], 2018.- 120 с.

Введение к работе

Актуальность темы.

Современная технология производства изделий микроэлектроники в своем развитии движется по пути уменьшения топологических размеров и увеличения степени интеграции, по пути внедрения новых материалов, по пути перехода к новым формам интеграции, а также по пути появления гибридных приборов и приборов, работающих на новых физических принципах. Развитие микроэлектроники происходит с переходом в наноэлектронику, т.е. с переходом размерных порогов при которых резко изменяются электрофизические, структурные, механические, оптические и другие свойства материалов и структур, что необходимо учитывать как при формировании и реализации технологического цикла их изготовления, так и при построении системы контроля их параметров внутри технологического цикла.

Реализация процессов наноэлектроники, когда проектные нормы переходят через либо эмпирические, либо теоретические размерные пороги, требует модернизации сопутствующих им методик оперативного технологического («экспресс») контроля, так как размерные эффекты не позволяют получить достоверный результат при контроле традиционными методиками. При этом, так как большая часть измерений в технологическом цикле производства изделий ИС – это геометрические и структурные параметры получаемых приборных элементов, в первую очередь следует рассматривать особенности изменения структуры, состава и механических свойств. Свойства материалов в состоянии размерного квантования, которые используются при конструировании приборов и лежат в основе их работы, при этом не рассматриваются.

Система контроля процессов нанотехнологии требует новых подходов, учитывающих изменения структурных и механических свойств материалов, связанных как с размерами изготавливаемых элементов, так и с технологическими процессами их получения, а также изменения, связанные с воздействием используемых в измерительной методике зондирующих излучений. Характерным примером здесь может являться известный эффект сгорания фоторезиста под воздействием электронных пучков в растровых электронных микроскопах (РЭМ). В последнее время исследователи также обращают внимание на воздействие фокусированных ионных пучков (ФИП), которые широко применяются при подготовке образцов для исследований методами электронной микроскопии и спектроскопии, рентгеновского микроанализа. По мере развития технологии сужаются допуски на

точность и воспроизводимость применяемых контрольных методик, повышаются требования к оперативности получения результата. В связи с этим, требуется разработка и модернизация методик оперативного технологического («экспресс») контроля. Если ранее, при контроле процессов, например, субмикронной технологии, была возможность выбрать из существующих методик ту, что является оптимальной для данного процесса, то в современной технологии часто этого сделать нельзя, так как такой методики зачастую не существует.

Поэтому, исследование и разработка системы контроля технологического процесса производства наноразмерных интегральных схем является актуальной задачей, которая обеспечивает развитие технологий, используемых в микроэлектронной промышленности предприятий России, способствует увеличению процента выхода годных изделий и снижению себестоимости выпускаемой продукции. Решение этой задачи должно реализовываться в виде комплекса контрольных методик, внедренных в критические места технологического маршрута.

Цели и задачи работы.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка системы оперативного («экспресс») контроля технологических процессов производства интегральных схем, адаптированной для схем, которые содержат наноразмерные структуры и элементы, и изготовлены по современным технологическим процессам.

Для ее достижения решались следующие задачи: 1. Анализ технологического процесса производства наноразмерных интегральных схем. Выявление критических процессов, для которых, с целью увеличения процента выхода годных изделий, требуется модернизация сопутствующих методик оперативного контроля. Анализ применяемых для их оперативного контроля методик и выявление научно-технических проблем, препятствующих получению точного и достоверного результата их контроля:

изучение влияния воздействия фокусированных электронных и ионных пучков на образец при его подготовке к исследованию, а также при контроле геометрических и структурных параметров содержащихся в нем наноразмерных элементов на достоверность получаемого результата;

изучение влияния поверхностей и границ раздела на механические свойства нанообъектов при проведении анализа электронной и

атомно-силовой микроскопией на полученные значения их геометрических параметров;

изучение влияния величины шероховатости и диффузионного размытия границ в многослойных структурах на точность определения положения границ раздела в них;

изучение влияния состава и структуры тонких пленок многокомпонентных материалов на найденное значение их толщины.

2. Разработка модернизированных методик технологического
контроля критических процессов, которые позволяют учесть
влияние эффектов, выявленных в результате анализа по п.1:

разработка методики оперативного контроля толщин и состава тонких пленок многокомпонентных материалов, таких как т.н. «Low-K» и «High-K» диэлектрики, обладающей повышенной точностью и производительностью;

разработка методики оперативного контроля плотности и пористости тонких пленок, годной для внедрения в технологический цикл;

разработка методики контроля величины размытия и шероховатостей границ раздела в многослойных диффузионно-барьерных структурах.

  1. Разработка методик внедрения в технологический цикл новых перспективных методов оперативного технологического контроля, таких как фотоакустика и скаттерометрия.

  2. Разработка концепции построения новых методик оперативного технологического контроля, которая могла бы использоваться для обеспечения разработки методик по п. 2 и 3, а также для построения новых методик для обеспечения технологического контроля при дальнейшем развитии технологии производства интегральных схем.

  3. Апробация разработанных методик на технологических процессах, для которых необходима модернизация методик их контроля; сравнение с традиционно применяемыми методиками контроля этих процессов.

Научная новизна работы.

1. Исследованы пороговые размерные эффекты, связанные с изменением механических и структурных свойств наноразмерных элементов и структур. Установлено, что прохождение размерного

порога влияет на результат контроля геометрических параметров этих структур.

  1. Исследован механизм пластического течения материала при его обработке фокусированными ионными пучками (ФИП); установлено, что при этом протекают два одновременных процесса: перераспыление и пластическое течение материала, вызванное введением избыточной концентрации неравновесных дефектов.

  2. Исследован технологический цикл производства изделий наноразмерной (малоразмерной) КМОП-технологии; установлены технологические процессы, в которых требуется модернизация сопутствующих контрольных методик и предложены соответствующие модернизированные методики, а именно:

комплекс методик оперативного контроля толщин, состава и плотности тонких пленок многокомпонентных материалов, обладающих повышенной точностью и производительностью;

методика контроля величины размытия и шероховатостей границ раздела в многослойных диффузионно-барьерных структурах;

методика определения скорости звука в тонких пленках, а также метод калибровки этой методики на эталоны.

4. Предложена концепция построения методик контроля
технологических процессов, а также внедрения новых методов
контроля в технологический цикл, которая базируется на
взаимодополняющем (комплементарном) комбинировании
измерительных методов в единую комплексную («гибридную1»)
измерительную методику, в которой поиск решения ведется
относительно нескольких наборов данных одновременно.

Практическая значимость работы.

1. Эмпирически определены пороги наблюдения размерных механических эффектов для двух- и трехмерных кремниевых наноструктур, сформированных при помощи радиационных воздействий, и показана необходимость учета этих явлений для получения достоверного результата при контроле геометрических параметров этих структур методами растровой электронной и атомно-силовой микроскопии.

1 Принципы создания такой комплементарной контрольной системы описаны нами в опубликованной по теме диссертации работе [1] и одновременно представителями фирмы Intel под названием «гибридная» методология в сборнике трудов недавней международной конференции [2].

  1. Разработана концепция построения новых методик контроля, предполагающая взаимодополняющее комбинирование отдельных методов путем обработки в едином цикле данных, независимо полученных двумя и более различными методами. Полученные комплексные («гибридные») методики позволяют расширить границы применимости и возможности каждой из отдельных методик, входящих в такой комплекс.

  2. По комплементарной концепции разработан ряд методик, которые были апробированы в технологическом цикле на критических процессах; проведено сравнение полученных методик с традиционно применяемыми методиками оперативного контроля рассматриваемых процессов:

методика контроля состава тонких пленок многокомпонентных материалов совместно с их толщиной, которая позволила в 3 раза повысить точность определения толщины в таких пленках по сравнению с методикой, предполагающей применение только эллипсометрии; методика основывается на комбинировании эллипсометрии и рентген-флуоресцентной спектроскопии;

методика контроля тонких пленок многокомпонентных материалов, которая позволяет проводить одновременный контроль толщины и состава таких пленок без снижения точности определения значения толщины; методика основывается на комбинировании эллипсометрии и рентген-флуоресцентной спектроскопии;

методика оперативного контроля плотности тонких пленок, годная для внедрения в технологический цикл; методика основывается на комплементарном применении рентгеновских рефлекто- и рефрактометрии;

неразрушающая методика экспресс-контроля толщин, шероховатостей поверхностей, положения и размытия границ раздела в многослойных структурах; методика основывается на комплементарном применении рентгеновской рефлектометрии и диффузного рассеяния.

4. По комплементарной концепции разработаны методики,
обеспечившие внедрение в технологический цикл новых
контрольных методов, обладающих преимуществами перед
традиционно используемыми:

- методика определения скорости звука в тонких пленках, которая
обеспечила внедрение в технологический цикл фотоакустического
метода контроля толщин металлических пленок, обладающего

повышенной точностью по сравнению с интерферометрическими методами и повышенной производительностью по сравнению с рентгеновскими; методика основана на комбинации эллипсометрии, фотоакустики и РЭМ; - методика построения оптико-геометрических моделей исследуемых структур, которая обеспечила внедрение в технологический цикл метода оптической скаттерометрии для контроля процессов фотолитографии и травления, что позволило увеличить достоверность и точность результатов контроля латеральных размеров наноразмерных структур по сравнению с РЭМ и производительность контроля размеров и глубин канавок по сравнению с АСМ; методика основывается на комбинации эллипсометрии, РЭМ, и скаттерометрии.

Методики контроля технологических процессов, разработанные по п. 3 и 4, позволили решить научно-технические задачи, связанные с разработкой и управлением технологическими процессами, используемыми в производстве на АО «Ангстрем-Т» в технологии 90 нм. Методики внедрены в технологический цикл, о чем имеется соответствующий акт внедрения.

На защиту выносится:

  1. Концепция построения методик контроля технологических процессов, которая базируется на взаимодополняющем (комплементарном) комбинировании измерительных методов в единую комплексную («гибридную») измерительную методику, в которой поиск решения ведется относительно нескольких наборов данных одновременно, в едином цикле обработки.

  2. Методика контроля состава тонких пленок многокомпонентных материалов совместно с их толщиной, которая позволяет в 3 раза повысить точность определения толщины в таких пленках, либо поднять оперативность контроля их состава без изменения точности контроля толщины. Методика основывается на комбинировании эллипсометрии и рентген-флуоресцентной спектроскопии.

  3. Неразрушающая методика экспресс-контроля толщин слоев, шероховатостей поверхностей, положения и размытия границ раздела в многослойных структурах. Методика основывается на комплементарном применении рентгеновской рефлектометрии и диффузного рассеяния в едином цикле обработки данных.

  4. Методика определения скорости звука в тонких пленках, обладающая высокой точностью, а также метод калибровки этой

методики на эталоны, широко применяемые для эллипсометрии. Методика основана на комбинации эллипсометрии, РЭМ и фотоакустики.

Апробация работы.

Основные положения и выводы диссертационной работы докладывались на российских и международных конференциях, совещаниях и семинарах. Всего сделано 7 докладов, среди которых выступления на:

21-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференций студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2014» (Зеленоград, 2014);

V Всероссийской конференции «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» (Нижний Новгород, 2014);

XXIV Международной конференции «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 2014);

IV Международной научной конференции для молодых ученых, студентов и школьников «Наноматериалы и нанотехнологии: проблемы и перспективы» (Саратов, 2015); доклад удостоен номинации «Гран-При» конкурса работ конференции;

25-м Международном симпозиуме «Nanostructures: physics and technology» (Санкт-Петербург, 2017);

рабочем семинаре «Formation of 3D Nanostructures by Ion Beams» (Хельсинки, 2017);

6-ой Международной школе для молодых ученых «Интеллектуальные наноматериалы» (Ростов-на-Дону, 2017).

Публикации.

По теме диссертации всего опубликовано 11 работ, из них 4 статьи в журналах перечня ВАК, а также 7 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем работы.

Рукопись диссертации состоит из введения, трех глав, заключения, одного приложения, списка использованных источников из 119 наименований. Общий объём рукописи - 120 страниц.