Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988), страница 10

Нитрид можно травить в ~азовой смеси БгГ,/О,, при этом показатель травлеш1я относительно креьения составляет 5: 1, а относительно 510з — 50: !. 1 6 3. Эпигпаксиальное ггаращиваггие кремния. Особый случай химического осаждения из газовой фазы — это элнгпаисиадьиое 56 Глава 1 наращивание, или осаждение влитаксиальных слоев, Оса)кденный слой имеет при этом монокристаллическую структуру Эпитаксиальное наращивание может происходить лишь прп определенных сочетаниях материала подложки и осаждаемого материала, а также ири определенных параметрах процесса.

Наиболее распространенный эпитаксиальиый процесс — осаждение кремниевых эпитаксиальпых слоев на подложку из монокристаллического кремния. В этом случае осаждаемый слой состоит из того же материала, что и подложка. Такой процесс называется гомозлитаксией. Эпитакснальный слой оказывается продолжением кристаллической решетки подложки. Уровень легпрования и тип проводимости эпитакснального слоя могут быть не такил(, как у подложки, поэтому возможны следующие сочетания эпитакспальный слой/подложка: л/л', л/р, р/л н р/р'. С помощшо эпнтаксии на сильнолегированную подложку мои(но осаждать слаболегированный слой.

Между тем при использовании диффузии, как правило, получаются слои с более высокой концентрацией примеси, чем в подложке. Толшина эпитаксиальных слоев может быть различной, но обычно оиа лежит в пределах от 3 до 30 мкм. Существует целый ряд химических реакций, которые могут использоваться для осаждения зпитаксиальпых слоев.

Наиболее широкое применение находят следующие реакции: Скорость осаткЛения, мкм)мнн Температура, 'г Реакция 5(С!а+ 2На-н 51+ 4НС! (тетрахлорнд кремния) Б(НС1а+ На-ь 51+ ЗНС) (трнхлорснлаи) 5(НаС1е-н 5)+ 2НС! (дйхлорснлан) 5(1-! -н 5(+ 2На (сйлаи~ 1! 50 — 1250 1100 †12 !050 †11 950 †!050 0,4 — 1,5 0,4 — 2,0 0,4 — 3,0 0,2 — О,З Эпитаксиальное наращивание производигся в камере или установке, называющейся злитаксиальным реактором. Существуюг три основных типа эпитаксиальных реакторов. горизонтальный, вертикальный и цилиндрический (рис. !.34).

Для разогрева кремниевых пластин до требуемой температуры в большинстве случаев используется высокочастотный (ВЧ) нндукпионный нагрев Возможно также использование радиационного нагрева (нагрев с помощью матрицы кварцевых ламп, испускающих сфокусированное высокоинтенсивное излучение) и резистивиого нагрева. При индукционном нагреве пластины кремния помещаются Технология иэголтоеленття ттнлтегрольлых ехелт на графнтовый держатель, покрытий слоем карбида кремния.

Охлаждаемая водой медная индукционная катушка служит первичной обмоткой трансформатора, а графитовый держатель по существу представляет собой одновитковую вторичную обмотку. Напряжение, индуцируемое в держателе, создает в нем вихревые Лаюушна интдунз4ииннога нагреби р 4яаитгниг ргржантгяа Х шна ин | ге т нагр ззяаглти иргнния Биса газа Жтугн газа б ззяаглтин нргнния ггнагн газа Рнс. ц34, реяиторы лля эинтэксияльиого от аж,тенин: п — горизонтальный реактор; б — иер~иттальпый реактор, е — Чилттнттриэескттй рсоктор. токи В результате выделения электрической мощности т'-'Я держатель нагревается до требуемой температуры Метод эпитаксиального наращиваштя позволяет получать слои р- н и-типа с заданным уровнем легирования.

В трубчатый Реактор вводятся различные газы, в том числе очень малые коли. честна газов, содержащих легпрующпе примеси. Так, для леги- РованиЯ боРом использУетсЯ дибоРан (В,Нн), а длЯ легиРованиа фосфором — фосфия (РН,). В результате химических реакций, протекающих в процессе эпитаксиального наращивания, мол". кулы легирующего газа разлагаются и образующиеся при эттгя атомы примеси включаются в зпитаксиальный слой Глава 7 До начала эпитакснального осаждения в реактор вводятся пары безводной кислоты НС!. Онп реагируют с кремнием, так что у поверхности пластин протекают реакции, обратяые перечисленным выше (тем, которые используются для осаждения).

Иначе говоря, происходит газовое гнрааление поверхности креаг- ла пкгпипа длил)ансиаланый слой и-лгала фаница раздела опилгаксиальнргй слой- лодлоогслгх алин» оансиалалгнй слои л.пти та /7одлоакзяп аФягглгв з рис, 1.35. Обратная диффузии приыеси иа сильиолегироваииод подложки в слабоаегировагиилн эпптаксиальиыа сион в процессе эпи1аксиальиого осаждеиия и при всех послед! ющих высокогеыпературиых обработках. ния. Газовое травление производится непосредственно перед осаждением, чтобы удалить тонкий слой кремния вместе с воз.

можными загрязнениями и, таким образом, гарантировать чистоту поверхности, на которой будет выращяваться эпитаксиальный слой. Эпитакспальное осаждение идет прн температурах, лежащих в пределах от 950 до )250 'С, поэтому при осаждении, так же как и при всех последукяцих высокотемпературных обработках, происходит диффузия примесей через границу раздела эпитаксиальный слой — подложка Это приводит к «размыванию» профиля распределения концентрации примеси на границе раздела. Особую опасность представляет такой эффект, когда очень тонкий Технология илготоеления интггоальных ехел~ и очень слабо легированный зпитаксиальный слой выращивается на сильнолегированной подложке.

Примером может служить осаждсние 5-мкм эпитаксиального слоя п-типа с удельным сопротивлением 50 Ом см (Ур ж 1.!Оел см ') на подложке и'-типа с удельным сопротивлением 0,005 Ом.см (й(р ж 1 !Ого см л). Б результате обратной диффузии примесей из сильнолегированной подложки в слаболегированный зпитаксиальный слой на границе раздела и/л' вместо ступенчатого распределения примеси получается плавное (рис. ! 35) Поступление донорной примеси из подложки приводит к уменьшению эффективной толщины слаболегпрованного эпнтакснального слоя на 1 — 2 мкм. Чтобы свести к минимуму эффект обратной диффузии нз сильнолегированнсй и'-подложки, используются подложки из материалов, легированных примесями со сравнительно низким коэффициентом диффузии, например сурьмой БЬ или мышьяком Аз, но не фосфором, имеющим более высокий коэффициент диффузии.

1.6,4. Гегпероапптпксия. На подложке нз сапфира, представляющего собой кристаллическую модификацию А1лО„при тщательно контролируемых условиях осаждения можно вырастить эпитаксиальный слой кремния. Такой процесс оказывается возможным благодаря сходсзву кристаллических решеток кремния и сапфира. Это пример гетероэпитаксии, т. е.

такого эпитаксиального осаждения, когда подложка и эпитаксиальный слой состоят из различных материалов. Гетероэпитаксия возможна лишь в том случае, если осаждаемый материал очень хорошо согласуется с материалом подложки по типу кристаллической решетки и по величине межатомных промежутков. Если это условие не выполняется, осаждаемый слой будет поликрнсталлическим, а в некоторых случаях аморфным. В технологии «кремний-на-сапфире» (КНС) на изолирующей сапфнровой подложке выращивается очень тонкий ( ! мкм) эпитаксиальный слой кремния.

Такая КНС-структура часто используется для изготовления КМ011 ИС. Благодаря изолирующей подложке удается уменьшить паразитную емкость, что в свою очередь приводит к повышению быстродействия и снижению потребляемой мощности КМОП-схем, 1.7. Нанесение металлизации Заключительный этап технологического цикла обработки пластин — нанесение металлизации. Задача состоит в том, чтобы получить тонкую металлическую пленку определенной конфигурации, т. е. получить рисунок проводящих дорожек, соединяющих между собой размещенные на кристалле приборы и схемные элементы. Рисунок металлизацип должен содержать и так называе- ео Глава г мые конпгактпыг гглогггггдки, расположенные по периферии крп.

сталла и предназначенные для приварки проволочных выводов, соединяющих кристалл с контактами корпуса. Выводы обычно представляют собой золотые проволочки диаметром 25 мкм, а контактные площадкц имеют размер примерно 100х!00 мкм, с тем чтобы на площадке полностью поместился расплющенный конец проволоки с учетом возможного сдвига. В большинстве интегральных схем, а также дискретных диодов и транзисторов используется металлизация из алюминия А1, Металлическая пленка имеет толщину около ! мкм, а ширина проводников обычно составляет от 2 до 25 мкм. Алюминий, как материал для металлизации обладает следующими преимуществами: 1.

Он имеет сравнительно высокую проводимость. 2. Тонкие пленки из алюминия легко получать вакуумным напылением. 3. Алюминий хорошо адгезивггует к кремнггго после вгкпгаипя при температуре примерно 500 С или вплавления при температуре эвтектики, 577 'С. 4. Алюминий образует иизкоомные, невыпрямляющие 1т. е.