К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Обычно производство кристаллов счнтаещя эффективным, если на операции 'Контроль функционирования на пластине" выход годных кристаллов достигает 70 %. Если технологических операций в маршруте около ста, этого можно достичь, если на каждой операции на одном кристалле Ц будет меньше 0,0035. С уменьшением минимального размера злемегпов и увеличением числа уровней межсоеднненнй до трех - пяти существенно увеличилась необходимость получения таких параметров межсоедннений, как низкое электрическое сопротивление проводников и контактов, малая емкостнвя связь между проводниками.
Использование мелких р-и-переходов в транзисторных структурах потребовало применения в контактах к кремнию недеградируюшнх при термообработках барьерных проводящих слоев. При фотолитографии дгш получения качественного рисунка с минимальными размерами под пленку фоторезиста потребовалось нанесение антиотражающего слоя. Следовательно, в современных ИС значимость технологических операций, свюанных с нанеоеннем и обработкой тонких пленок, очень высока.
176 Глава 26. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК Материалы в процессы формирования тоннах плевок, используемые ара азгетевлеваа ИС. Существует ряд общих требований к процессам Формирования слоев: неравномерность толщины пленки ь —" ы~ ЬИ =+ ~ по поверхности плаИюш +ля;а! стнны диаметром 100 — 200 мм не должна превмшать 0,1 для простых ИС и 0,01 - 0,02 длн ИС специального назначения. При изготовлении СВИС с минимальными размерами элементов 1 мкм обычно требуется пл < 0,02 ... 0,05; однородность химического состава и физической структуры пленок (этот параметр обычно когпролируегся по скорости травления в определенном травителе); к воспроизводимости окорости травления также предъявляются высокие требования, как и к неравномерности толщины; процесс нанесения должен иметь приемлемую производительность, которая характеризует объем гшенки, осахгдающейся на пластинах заданного диаметра с неравномерностью толщины не более Ал; содержание неконтролируемых микро- примесей в исходных материалах дяя формирования пленок, как правило, не должно превышать 10 4 %.
Для ряда примесей это требование значительно хестче. Например, дги щелочных элементов тяпа )Ча это менее !О а %, а для такого элемента, как ТЬ - менее 10 з— 10 'е %. Уровень микропримесей, привносимых в пленку во время ее формирования, также не должен превьппать эти значения; пленка долхна иметь хорошую адгезню к подложке. Это обеспечивается, если мехду подложкой и осаждаемой пленкой на атомарном уровне возникают физико-химические силы шаимодейсшия.
В первую очередь, это зависит от чистоты поверхности пластины. На поверхности пластины не должны присуствовать неконтролируемые прослойки инородных веществ. Даже по отношению к идеально очищенной поверхности некоторые материалы не обладают приемлемой адгезией. Например, благородные металлы типа золота, платины при обычных условиях осаждения не вступают во взаимодействие с пленкой ЯО2, поэтому не образуют с ней достаточных снл сцеплению используемые материалы и технолопгя нанесения пленки не доюокны приводить к деградации сформированных на пластине структур, в частности, при последующих операциях термообработки; кроме специальных случаев, осаждающаяся пленка долхна конформно покрывать рельефную поверхносп пластины; в процессе нанесения необходимо минимизировать механические напряхення в системе подножка-пленка; процесс нанесения пленки не должен оказывать отрицательное воздействие на окрухающую среду.
Теввае аленки, вепельзуемые ара формировании траазасторвей структуры. При формировании транзисторной структуры на моно- кристаллической кремниевой пластине основные типы слоев формируются путем преобразования самой кремниевой пластины. Отдельные учаспог монокристаллического кремния легируют примесями л- или р-типа проводимости, формируя таким образом области р-лпереходов.
Когда нужно в толще кремния иметь локальные (" скрытые" ) слои с более высокой проводимостью, чем у слоя вышележащего монокристаллического кремния, на пластину кремния со сформированными низкоомными областями наносят высокоомный монокристалзический слой кремния эпитаксиальнгям наращиванием. При этом на кристаллическую подложку наносится монокристаллический слой, у которого ориентация кристагщической решетки совпадает с ориентацией кристаллической структуры подложки.
Для создания эпнтаксиалъных структур обычно используется осахдение из газовой фазы (см. подразд. 2.6.2). Термическое окисление кремния является одной из основополагающих операций планарной технологии изготовления кремниевых ИС. Ни один другой процесс формирования оксидной пленки на поверхности кремниевой пластины не позволяет получить такие хе высококачественные диэлектрические изолирующие слои относительно простым и экономичным методом, как термическое окисление (см. подразд.
2.6.4). Слои диоксида кремния, полученные термическим окислением, используют в качестве маски прн локальном легнрованни кремния и для изоляции отдельных элементов ИС. Матерналм н методы, ваюаьзуемые для формирования кевтаятвых, барьерных а щюводюаах слоев. Для изготовления выпряьгляющнх и невыпрямляющих омическнх контактов к полупроводниковым приборам с пгубиной залегания р-л-перехода порядка одного микрометра и более обычно используется чистый А1.
Он по сравнению с другими материалами позволяет получить низкоомные проводники и омические контакты (табл. 2.6.1). После формирования контактов в процессе дальнейшей обработки пластины могут подвергаться термообработке при температуре до 400 - 500 'С.
При такой температуре в алюминиевом проводнике из контактного окна может растворяться до 0,5 — 0,7 % кремния. При остывании пластины Я, растворившийся в А1, образует в контактном окне эпигаксиальный слой Я ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 177 2.6.1. Характеристики амичеевих кеитаатеа некетарык материалов с кремнием Удельное кантжтнае сопротивление, Ом мхмз Теьшвратурная стабильность иа Я,'С, ие более Температура плавления, 'С Удельное зхюстуааавратявхеиие, мкОм см Ахгезия к 8!От Материал контакта р+ Я Хагашаа А1Я А1 (тонкий) РсЯ 50 - 90 8 4 - 20 250 3,3 660 15 - 100 8 7 - 10 Удавввтварателъная Слаб мс 750 28 — 35 1229 6- 15 13- 16 25 - 200 75 - 200 15 — 20 15 10 7- 1'7 600 900 3410 1540 2280 25 40 - 100 10 - 100 20 Хорошея Тс8гз ТВЧ Т!ЪУ р-типа.
В выпрямляющих контактах Шатски на л-тнпе Я это приводит к изменению характеристик диода Шотгки. Одновременно это сопровождается проникновением А1 в Бс, вшють до замыкания неглубоких р-лпереходов. Для уменьшения взаимного проникновения в А1 вводят до 1 % 81. Это позволяет формировать контакты к приборам с глубиной р-л-перехода до 0,5 мкм. Для приборов с более мелкими переходами, а такхе для создания ашбильных диодов Шотпси между Я и А1 вводится барьерный слой типа Тс (10 %), ЬУ (90 %) илн ТПЧ, Т! и др. Омические контакты в этом случае формируются на основе силицихов Рс, Т1, Со и др. В этом случае в проводник из А1 не обязательно вводить Я. Однако проводишс из чистого А1 недостаточно устойчив к процессу разрушения под действием электромиграции.
Значительно белее высокое время хизнн (У„) имеют проводники из А1 с крупнокриатюпичеакой столбчатой структурой. При получении таких пленок температура подложки составгшет 400 - 450 'С или подложка должна подвергаться бомбардировке ионами, в чаопюсти конденсирующегося металла А1. Более распространенным методом повышения Г, явлиесая добавление в А1 примесей Сп (0,5 - 0,2 %), Тг (0,5 %) и других элементов. После нанесения пленхи А1, особенно после отзкига этой пленки при температуре более высокой, чем температура подложки в процессе нанесения, на ее поверхности образуются отдельные, достаточно высокие кристаллиты-бугорки, возникшие в результате собирательной рекристаглизации.
Они приводят к дефектности изолирующих слоев и закорачиванию проводников. Число и высота бугорков увеличиваются с повьппением температуры подложек при нанесении пленки до 200— 300 'С, С дальнейшим повышением температуры подложки при увеличении размеров кристаллитов в пленке число бугорков уменьшается, а их высота атабилизируегся или может начать уменьшаться. В пленках сплавов А1 размер зерна значительно меньше, чем у А1, и они меньше подверхены рекристаализациониым явлениям.
В качестве таких добавок чаще всего иапользуетая Сп или Ть Одншсо добавки Си и Т! уменьшают устойчивость проводников к коррозии, особенно при использовании плазмохимических процессов травления. С целью предотвращения коррозии оборудование для плазма-химичеакого травления (ПХТ) сплавов А1Си и А1Тг имеет специальные системм для очистки поверхности пластин от продуктов травления перед выносом пластин из рабочей камеры. Для нанесения проводящих пленок наибольшее распространение нашли вакуумные методы: термическое испарение в вакууме; разновидноап, ионного распыления магнетронное раапьшение. В первом случае для промышленного оборудования наиболее часто используются электронно-лучевые испарители с водоохлаждаемыми типшми. Во втором случае с целью увеличения скорости распыления при уменьшенном давлении рабочего газа Аг ная поверхиосп ю мишени создаюгся скрещенные электрическое и магнитное поля.
Это позволяет в локализованных учаспсах значительно увеличить плотность плазмы, соответственно плотность ионного тока на мишень и скорость распыления. В промышленности преимущественно используется магнетронное распыление. Оно позволяет наиболее точно воалроизводить в пленке слохный химический состав мишени в течение длительного арока ее слухбы. Прн ионном распьшении материал мишени отравливается а поверхности послойно без накапливания какого-либо плохо стравливаемого элемента. Состав мишени при этом не изменяется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
