Устройство для формирования пленки дисилицида титана на кремниевой подложке

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНКИ ДИСИЛИЦИДА ТИТАНА НА КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Колос Владимир Владимирович Адашкевич Сергей Владимирович Стельмах Вячеслав Фомич мааркевич Мария Ивановна Чапланов Аркадий Михайлович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) 1. Устройство формирования пленки дисилицида титана на кремниевой подложке, содержащее взаимосвязанные блок нанесения титана на кремниевую подложку, блок нанесения нитрида титана на пленку титана, блок быстрой термической обработки кремниевой подложки, блок перемещения кремниевой подложки в устройстве, а также узлы вакуумирования блоков, подачи газов, регулирования температуры, синхронизации режимов операций, выполняемых блоками устройства, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит блок стабилизации свойств пленки титана, связанный с блоком нанесения пленки титана, блоком нанесения нитрида титана и узлами вакуумирования,подачи газа, регулирования температуры, синхронизации режимов операций, выполняемых блоками устройства. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок стабилизации свойств пленки титана выполнен в виде модуля охлаждения. 3. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что блок стабилизации свойств пленки титана совмещен с блоком перемещения кремниевой подложки. 83442012.06.30 Полезная модель относится к области формирования тонких пленок силицидов металлов и может использоваться в технологии производства кремниевых интегральных микросхем, а также в электронной промышленности при разработке технологического оборудования. Известно устройство для формирования электропроводящих пленок дисилицида титана модификации С 54 на кремниевой подложке для электропроводящих элементов интегральных микросхем, содержащее блок нанесения пленки титана на кремниевую подложку, блок нанесения пленки аморфного кремния на пленку титана, блок быстрой термической обработки кремниевой подложки с нанесенными пленками титана и аморфного кремния, блок перемещения кремниевой подложки и узлы вакуумирования и подачи технологических газов 1. Устройство 1 отличается простотой конструкции, однако не обеспечивает требуемого для субмикронной технологии производства интегральных микросхем контролируемого качества пленки дисилицида титана модификации С 54 с высокой электропроводностью. Устройство 1 не обеспечивает также однородность структуры по глубине и поверхности вследствие неконтролируемого проникновения технологических примесей(кислорода, азота и др.) в пленку титана сквозь пленку аморфного кремния. Известно также устройство формирования пленки дисилицида титана на кремниевой подложке 2, содержащее блок нанесения пленки титана на кремниевую подложку, блок быстрой термической обработки кремниевой подложки с нанесенной пленкой титана, совмещенный с ним узел формирования защитного слоя нитрида титана на основе узла подачи технологического азота, блок перемещения кремниевой подложки и узлы вакуумирования, подачи технологических газов и синхронизации технологических операций 2. Устройство 2 имеет сравнительно простую конструкцию за счет совмещения функциональных блоков и технологических операций, однако не может обеспечить стабильность структуры поверхностной области пленки титана в процессе формирования пленки дисилицида титана, что приводит к нестабильности технологического процесса изготовления интегральных микросхем и деградации параметров интегральных микросхем при их эксплуатации. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству является устройство формирования пленки дисилицида титана на кремниевой подложке 3, содержащее взаимосвязанные блок нанесения титана на кремниевую подложку, блок нанесения нитрида титана на пленку титана, блок быстрой термической обработки кремниевой подложки, блок перемещения кремниевой подложки в устройстве,а также узлы вакуумирования блоков, подачи газов, регулирования температуры, синхронизации режимов операций, выполняемых блоками устройства. Вследствие использования в устройстве 3 блока формирования защитного слоя на пленке титана в виде специально наносимой пленки нитрида титана в отличие от 1, 2 устройство 3 обеспечивает повышение стабильности параметров кремниевых интегральных микросхем при их эксплуатации. Вместе с тем при использовании устройства 3 необходимо обеспечивать высокую стабильность режимов и чистоту ключевых технологических операций формирования дисилицида титана при производстве интегральных микросхем, особенно в случаях уменьшения толщины пленки дисилицида титана, что приводит к снижению процента выхода годных изделий. Задачей предложенной полезной модели является создание устройства, обеспечивающего повышение стабильности работы блоков устройства формирования пленки дисилицида титана на кремниевой подложке, входящих в состав электропроводящих элементов субмикронных размеров кремниевых интегральных микросхем. Поставленная задача решается тем, что устройство формирования пленки дисилицида титана на кремниевой подложке, содержащее взаимосвязанные блок нанесения титана на 2 83442012.06.30 кремниевую подложку, блок нанесения нитрида титана на пленку титана, блок быстрой термической обработки кремниевой подложки, блок перемещения кремниевой подложки в устройстве, а также узлы вакуумирования блоков, подачи газов, регулирования температуры, синхронизации режимов операций, выполняемых блоками устройства, дополнительно содержит блок стабилизации свойств пленки титана, связанный с блоком нанесения пленки титана, блоком нанесения нитрида титана и узлами вакуумирования,подачи газа, регулирования температуры, синхронизации режимов операций, выполняемых блоками устройства. Причем блок стабилизации свойств пленки титана может быть выполнен в виде модуля охлаждения, а также может быть совмещен с блоком перемещения кремниевой подложки. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1-3 представлены структурные схемы предложенного устройства формирования пленки дисилицида титана на кремниевой подложке. Приняты следующие обозначения 1 - блок нанесения пленки титана на кремниевую подложку 2 - дополнительный блок стабилизации свойств пленки титана 3 - блок нанесения пленки нитрида титана на пленку титана 4 - блок быстрой термической обработки 5 - узел вакуумирования 6 - узел подачи газов 7 - узел регулирования температуры 8 - узел стабилизации режимов операций, выполняемых блоками 9-12 - элементы связей между дополнительным блоком стабилизации свойств пленки титана и узлами 5-8 13 - элемент загрузки блока перемещения кремниевой подложки 14-16 - элементы выгрузки-загрузки блока перемещения кремниевой пластины между блоками 1-4 устройства 17 - элемент выгрузки блока перемещения кремниевой пластины из устройства после завершения операций формирования дисилицида титана 18 - блок перемещения кремниевой подложки на основе шлюзовой камеры с четырьмя элементами 19-22 загрузки-выгрузки кремниевой подложки (фиг. 2) и тремя элементами 19-21 (фиг. 3). Фиг. 1 иллюстрирует структуру предлагаемого устройства, использующего четыре блока, специализированные на последовательное выполнение ключевых операций формирования дисилицида титана на кремниевой подложке с целью обеспечения решения поставленной задачи. На фиг. 2 представлена структура упрощенного варианта устройства, в котором блок нанесения пленки титана 1 и блок нанесения пленки нитрида титана 3 совмещены, а блок перемещения кремниевой подложки 18 выполнен, например, на основе шлюзовой камеры с четырьмя элементами загрузки-выгрузки 19-22. На фиг. 3 представлена структура варианта устройства, в котором дополнительный блок стабилизации свойств пленки титана 2 совмещен с блоком перемещения кремниевой подложки 18. Устройство формирования пленки дисилицида титана на кремниевой подложке(фиг. 1) работает следующим образом. Кремниевая подложка через элемент загрузки 13 поступает в блок нанесения пленки титана 1, где осуществляется, как в известном устройстве 3, операция нанесения на поверхность кремниевой подложки пленки титана, например, способом магнетронного напыления, а затем через элемент выгрузки-загрузки 14 перемещается в дополнительный блок стабилизации свойств пленки титана 2. При этом существенным является то, что после подачи кремниевой подложки со свеженанесенной на ее поверхность пленкой титана в дополнительный блок стабилизации свойств титана 2,3 83442012.06.30 в отличие от известного устройства 3, в дополнительном блоке стабилизации свойств титана 2 осуществляется стабилизация поверхности пленки титана. Стабилизация поверхности в блоке 2, выполненном, например, в виде модуля охлаждения, обеспечивается посредством термической обработки кремниевой подложки с нанесенной пленкой титана с понижением температуры благодаря подаче из узла подачи газов 6 инертного газа, например аргона, после вакуумирования блока 2. Указанные режимы и их последовательность в дополнительном блоке 2 осуществляют с помощью связанных с блоком 2 узлов 5-8. Упрощение устройства (фиг. 1) может быть достигнуто за счет совмещения дополнительного блока стабилизации свойств пленки титана 2 с блоком перемещения кремниевой подложки 18 (фиг. 3). Физико-технической основой стабилизации свойств поверхности пленки титана, нанесенной на кремниевую подложку, в предложенном устройстве, как было установлено авторами, является следующее. Непосредственно после нанесения пленки титана на кремниевую подложку ее приповерхностная область обладает повышенной химической активностью с нестабильной структурой, насыщенной оборванными межатомными связями. Термическая обработка с понижением температуры от 35050 С до 10050 С в инертной атмосфере обеспечивает запаривание оборванных межатомных связей, уплотнение приповерхностного слоя пленки титана с одновременным снижением ее шероховатости, т.е. повышение структурной однородности пленки титана по всей ее толщине (от кремниевой подложки до поверхности). Формирование пленок дисилицида титана структурной модификации С 54 на кремниевой подложке с требуемыми для субмикронной технологии производства интегральных микросхем высокими значениями стабильности,электропроводности и выходом годных существенно зависит от стабильности свойств и структурного совершенства пленки титана по ее поверхности и толщине, формируемой на кремниевой подложке на начальных этапах технологического процесса. Это связано с преобладанием механизмов поверхностной диффузии атомов титана в нанокластерах титана в приповерхностной области пленки при их ограниченной диффузии на границе раздела кремниевая подложка - титан, где атомыв основном химически активны, а зернаимеют столбчатую структуру с переменной плотностью атомов. Существенным при этом является то, что обеспечение структурной однородности пленки титана осуществляется до нанесения на нее технологической защитной пленки нитрида титана. Защитная пленка в этом случае зафиксировала бы поверхностную неоднородность титана и привела бы к нежелательному легированию азотом, кислородом зеренной структуры пленки титана в целом. Преимущество указанного положительного эффекта усиливается с уменьшением толщины пленки титана, т.е. при повышении степени интеграции микросхем. После осуществления операции стабилизации свойств поверхности пленки титана кремниевая подложка из дополнительного блока 2 через элемент выгрузки-загрузки 15 поступает в блок нанесения пленки нитрида титана 3. В нем выполняется известная операция, обеспечивающая защиту поверхности пленки титана от нежелательного воздействия технологических примесей кислорода, азота, углерода и др. 1-3. Через элемент выгрузки-загрузки 16 из блока нанесения нитрида титана кремниевая подложка поступает в блок быстрой термической обработки 4. В нем осуществляется операция формирования дисилицида титана под пленкой нитрида титана. Выгрузка пластины осуществляется через элемент 17. По варианту, показанному на фиг. 2, загрузка кремниевой подложки в блок нанесения пленки титана 1 осуществляется через элементы 19 и 20 блока перемещения кремниевой подложки 18. В этом случае блок нанесения пленки титана синхронизирован на режим выполнения операции нанесения пленки титана, а совмещенный с блоком 1 блок нанесения пленки нитрида титана 3 синхронизирован на режим, исключающий поступление на наносимуюпленку титана технологического азота и других примесей. 4 83442012.06.30 После выполнения операции нанесения пленки титана кремниевая подложка через элементы 20 и 22 блока перемещения 18 поступает в дополнительный блок стабилизации свойств пленки титана 2. В нем в соответствии с указанными выше режимами посредством узлов 5-8 блоком 2 осуществляются операции стабилизации свойств пленки титана. После завершения операции из блока 2 кремниевая подложка через элементы 20 и 22 блока перемещения 18 поступает в блок нанесения пленки нитрида титана 3, совмещенный с блоком нанесения пленки титана 1. В нем в соответствии с режимами блока 3 осуществляется нанесение нитрида титана на стабилизированную поверхность пленки титана. На заключительной стадии кремниевая подложка через элементы 20 и 21 блока перемещения 18 поступает в блок быстрой термической обработки 4, в котором осуществляется синтез дисилицида титана. После этого кремниевая подложка через элементы 21 и 19 блока 18 выводится из устройства формирования пленки дисилицида титана. В варианте устройства, структурная схема которого представлена на фиг. 3, в котором конструктивно совмещены блок стабилизации свойств пленки титана 2 и блок перемещения кремниевой подложки 18, кремниевая подложка подвергается последовательно воздействию всех ключевых технологических операций процесса формирования дисилицида титана. При этом последовательность перемещений кремниевой подложки соответствует схеме на фиг. 3 элемент 19 загрузки-выгрузки кремниевой подложки - блок перемещения 18 - элемент 20 - блок нанесения пленки титана 1 - элемент 20 - дополнительный блок стабилизации свойств пленки титана 2 - элемент 20 - блок нанесения пленки нитрида титана 3 - элемент 20 - элемент 21 - блок быстрой термической обработки 4 - элемент 21 - блок перемещения 18 - элемент 19. Синхронизация режимов ключевых операций, выполняемых всей совокупностью блоков устройства формирования пленки дисилицида титана на кремниевой подложке, осуществляется с использованием узлов 5-8 аналогично описанию вариантов на фиг. 1 и 2. Следует отметить, что благодаря использованию в устройстве дополнительного блока стабилизации свойств пленки титана 2 существенно повышается эффективность проведения и последующих технологических операций, выполняемых блоком нанесения пленки нитрида титана 3 и блоком быстрой термической обработки 4. Во-первых, после операции стабилизации ослабляются процессы взаимодействия атомов технологических примесей кислорода, углерода, азота и др. с химически активным приповерхностным слоем нестабилизированной, как в известном устройстве 3, пленки титана. Выполнение операции стабилизации поверхностного слоя пленки титана блоком 2 существенно повышает эффективную толщину пленки титана (особенно в субмикронной области) и снижает требования к стабильности технологических режимов операции нанесения пленки нитрида титана. Во-вторых, при выполнении операции формирования пленки дисилицида титана модификации С 54 в ней протекают процессы взаимной диффузии атомовиз кремниевой подложки и атомовв кремниевую подложку. При этом важно, что образование высокоомной полупроводниковой модификации типа С 49, а также кластеров окислов и нитридов кремния и титана исключается. Таким образом, в предложенном устройстве обеспечивается повышение стабильности формирования пленок дисилицида титана, входящих в состав электропроводящих элементов субмикронных размеров интегральных микросхем. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6