К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 65
Текст из файла (страница 65)
В ряде 'случаев планаризующий эффект тонких пленок является вредным. Например, при селективном травлении такой 3- г д) 6) г) Рае. 2.6.5. Маршрут алаааразацаа рельефа ареаехалюю, ауа аэаюалаваава вель.эель-иеювв вааееэааа алаввразувщах елееаэ Е 7- проводники; 2 4- изолирующие диэвэхтрэка (ИД);З- р у вй Я(ПС);5-х окно в ИД; б — область с возможными остатками ПС (гаэовнаехеняе ю этой сбастя может создать слабслроволпцую плевку в коюзхге) разнотолщинной пленки могут изменитьса размеры элементов (жидкостное травление) или локально (на выступах) подтравливаться нихележащий слой (плазмохимическое трав-.
ление). Оказываегся этого в значительной степени мохно избежать, используя описанный валле совмещенный зола-гель / СУТЗ-метод. Для нанесения диэлекгрических пленок слохного состава мохно иопользоюпь высокочастотное распыление, но оно не позволяет реализовать те же точность воспроизведения состава пленки и производительность, присущие зола-гель-методу. Дла межуровневой изоляции и защиты кристаллов в раде случаев используются органические полимерные пленки, например полиимидные. Как и в эоль-гель-методе, эти пленки формируютса из распюров на центрифуге. Пленки могут иметь толщину до нескольких микрометров.
После нанесения пленки подвергаются двух-трехэтапной термообработке при температуре 150 — 400 'С. При этом толщина пленок уменьшается практически линейно с повьппением температуры — до предельной температуры, выше которой уменьшение толщины резко увеличивается. Пненка начинает разрушаться, в ней появляется большое количество дефектов в виде сквозных пор. Применюот составы раопюров, позволяющие получить пленки с термостойкоспю до 550 'С. По термостойкости они уступают неорганическим пленкам типа ЯОз. Их недостатком такхе являетса слабая адгезия к поверхности ЯОз. Ащезия к поверхности ЯОэ улучцыется путем введения в состав органической молекулы Я или предварительного нанесения подслоя адгезива.
Эти материалы могут ЭПИТАКСИАЙЬНОЕ НАРАЩИВАНИЕ СЛОЕВ КРЕМНИЯ 183 быль светочувствительными. Тогда процессы изготовлеюи межуровневой изоляции и пассивации значительно упрощаются. Развитие технологии осаждения тонких пленок происходит по пути увеличения доли жидкоспгнх и газофазных методов нанесения. Внедряются в производство низкотемпературные газофазные процессы с фотонной активацией (см. подразд. 2.5.4). Эти процессы позволяют существенно снизить температуру осюкдения, однако они проходят в отсутствие электрических полей и не вносят в создаваемую структуру дефектов, связанных а диффуэией заряженных частиц.
При уменьшении размеров элементов ИС менее 1 мкм задержка сигнала в мехсоединениях становится более значительной, чем заяерхка, определяемая затвором МДП- транзистора, а при мюппяальном размере элемента, меньшем 0,5 мкм, потери в межсоединениях становятся опредаиющими (рис. 2.6,6). Это означает, что в этом диапазоне размеров проводники и контакты долины иметь минимальное сопротивление, а изолирующие материалы - минимальную диэлектрическую постоянную. Это будет доагигэиая иапользованием медных проводников и контактных столбиков с применением осаждения из газовой фазы, а также заменой изолирующего диэлектрика на основе ЯОз с относительной диэлектрической проницаемостью э = = 3 ...
9 полимерными с э = 2 ... 3, которые наноскгая из растворов на центрифуге и обладают акточувствитапьностью. В этом случае можно исключить применение фото ревиста как маскирующего материала при селекгивном травлении. Подбирая специальный состав и режим сушки полимерного диэлектрика, махно его превратить в аэрогель а диэлектриче- ской постоянной около 1 - 2.
Наиболее эффективный апособ снихеюи емкостных связей - зто полное стравливание мехуровиевого р !бр,а 7, О, 075 0,55 Рве. 2.6.6. заавсвмэсзь еремеев г (3) иаеюкав расарестравеввя свпыва (НС) в еебегвеввей эаырвим свгваэа (7) эг размерев 1 эвеммпев мявреструкгурм ИС диэлектрика после завершения формирования многоуровневых мавлоединений. При плотной компоновке межсоедннения, созданные таким образом, будут иметь достаточную жесткость, необходимую надежность и минимальную емкость. з.э.з.
эцнтькснальное ИАРАЩНЕАние слоев ЕРЕМИНЕ Эпитаксия - это процесс ориентированного наращивания монокриаталлических слоев вещества на подложку. Широкое применение в производстве интегральных схем (ИС) эпитаксиальной технологии, позволяющей существенно улучишь электрические характеристики полулроводниковых приборов и создавать конструкции элементов 'ИС, не реализуемые другими методами, обусловлено возможносп,ю аоздаюи слоев с гибким регулированием профиля распределения примеси, а также высокой однородностью электрофизичеакнх параметров слоев и относительно низкой себестоимосп ю процесса. Различают гомоэнитаксию, когда материал поджини и наращиваемого слоя идентичны (например, кремний на кремний) н гетероэпитакаао, когда подюхка и осазкдаемый слой различаются по составу (кремний на сапфире, арсенид галлия на фосфиде галлия).
Гомо- и гетероэпитаксия могут быль основаны на кристаллизации из парогазовой смеси (ивовая эпляаксия), из раствора - расплава (жзикостная эпитаксия) или на конденсации молекулярных пучков в вакууме (молекулярноо-лучевая эпитакаия). Наибольшее распространение в промьпнленно эти получила газовая эплтакаия. В качестве кремнийсодерхащего соединения используют силан (ЯНА), дихлорсилан (Янга Н), трвюкзрсилан (ЯНС1з), тезрахларсилан (5!с)4). В табл. 2.6.3 приведены характеристики различных методов эпитакаин кремния. Силан обычно используют, когда необходимо уменьшить скорость переноса примеси (автолегированне) из подложки за счет снижения температуры наращивания и отсутствия ионов хлора в парогазовой смеси (ПГС), но при этом следует учитывать образование кремниевых чаатвц в газовом объеме при высокой температуре и а аильным и быстрым загрязнением стенок реактора, поскольку пиролиз моносилана начинается при температуре свыше 500 С, а температура стенки кварцевого реакгора с воздушным охлюкдением существенно выше (600 — 700 'С).
Вмсокие скорости при относительно низких температурах достижимы при применении ЯНзС1ь который вследатвие высокого давления насьпценного лара мохет подаваться в реактор прямо из балюна (без барботера). Газы ЯНС1з и 5!04 примерно одинаковы по своим свойствам, но 5!С1з более широко иг- Гааза 26. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 2.6.3.
Харвктериепща нагадав эввтюгсви кремлин 2.6эй Характервегввв процессов газаваге тРавлеввя и ввРащввавюг кремщш 2.6.5. Харжтервстикв светел полирования времеви разлвчвыми реагевтамв пользуется в производстве из-за его меньшей химической акпшности и меньшей чувствительности к высокому содержанию окислителей в реакторе. Наряду с проведением процессов при атмосферном давлении с целью уменьшения эффектов изменения рисунка на пластинах с заданным рельефом и уменьшения смещении этого рельефа их проводят и при пони:кенном (окало 10~ Па) давлении в реакторе. Для большинства полулроводниковых приборов требуется наращивание слаболегированного эпитакснального слоя на аильнолегированной подложке с резким перепадом концентрации легирующих примесей на 2 — 3 порядка, в связи с чем необходимо снижение эффекта автолегирования, пояшшющегося за счет переноса примеси из подложки через тазовую фазу и обратной диффузии примеси из подложки в эпитаксиальный слой.
Уменьшение времени воздействия на подложку газовой примеси, достигаемое при высоких скоростях потока и при пониженном давлении, а также при минимизации объема реактора, сникает эффект автолегирования так, что он становится приемлемым при изготовлении ИС. Снижения температуры роста зпнтаксиального слоя с высоким кристаллическим совершенством махно добиться посредспюн фотонной или гшазменной стимуляции химических реакций, происходящих в реакгоре. Снижение температуры обработки кремниевых пластин при эпитаксиальном наращивании невозможно без сщпкеиия температуры газовой полировки пластин в реакторе непосредственно перед осаждением кремния, которое проводится с целью очистки поверхности кремния от загрязнений, приводящих к образованию дефектов, (дефекты упаковки, ямки, холмики, дефекты роста, дислокации).
В табл. 2.6.4 приведены харакгериащкн процессов газового травления и наращивания кремния. Харакюристики различных систем газавата пга1ирования кремния приведены в табл 2 6 5 Исследования термодинамики химических реакций и тепломасаопереноса в реакторах позволяют устаноюпь связь между качеством эпнппссиального осажцения и требованиями к конструкции технологического оборудования. В табл. 2.6.6 показано относительное изменение скорости роста кремния и уровня легировалия прн увеличении одного из параметров процесса.
ЗПИТЛКСИЛДЬНОб НЛРЛЩИПЛНИП СЛОПВ КРПМНИЯ 185 2.6.6. Оиюеительиое изменение скорости роста времшш и уровня легировавия яри увеличении одного из параметров процесса па 10 % 2.6.7. Характеристики пизкотемвературвой эпитаксии кремния химическим осаждением из газовой смеси Тенденции развития конструкций эпитаксиально го оборудования базируются на следующих основных представлениях об эпитаксиалъном наращивании: высокое качество эпнтаксиального осаждения наблюдается при образовании новых промежуточных химических веществ из по- дающихся в реактор реагентов.
Зги промежуточные вещества обычно лредстаютяют собой ЯНт для эпнтакснн из моносилана и ЯСГз для эпитаксии из хлорсиланов. Зги новые молекулы диссоциируют на поверхности кремния плн непосредственно над ней. Образовавшиеся в результате реакции одиночные атомы кремния затем диффундируют по поверхности к местам, пригодньпг для образования зародышей и роста; скорость процесса осаждения кремния лимитируется стадией десорбцли водорода или диссоциацией ЯНз или ЯС1з на поверхности. Качество кристаллического совершенства растущего эпитаксиального слоя оказывается связанным со скороспю поверхностной диффузии кремния.
Прн превьппении скорости подвода атомов кремния пад скоростью нх поверхностной диффузии образуются дефекты, так как атомы кремния занимают места на поверхности с более высоким значением энергии; алсорбционные атомы кремшш конкурируют в позициях встраивания в крнстюглнческую решетку с атомами или молекулами легирующих веществ, водородом, хлором н соединениями с хлором и водородом и с другими посторонними атомами па поверхности; при высоких температурах водород становится восстанавливающим реагентом и удаляет многие химические вещества, препятствующие образованию совершенного монокри- сталла. При более низких температурах увеличивается адсорбция кислорода, водорода, хлора и их соединений и соответственно увеличивается плотность дефектов; осаждение при пониженном давлении уменьшает число дефектов кристаллической решетки за счет ускорения удаления атомов водорода, хлора, кислорода и большинства других посторонних атомов с поверхности роста, уменьшает искюкение и смещение рельефа фотолитографического рисунка, снижает степень автолегирования через газовую фазу; автолегирование уменьшается с увеличением потока газа, уменьшением давления в реакторе, уменьшением концентрации хлоридов и снижением температуры наращивания эцнтаксиального слоя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
