К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Глава 2.б. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 200 а) Рве. 2Л.21. Расееэаиевве властия а - в сечения Вежтор Равномерность скорости диффузии по пластине в данном случае не зависит от конструктивных параметров реактора и скорости потока диффузанта и опредюгяется исключительно составом пленки ангидрида примеси. В ряде случаев дяя снижения поверхностной концентрации примеси перед второй стадией слой ангидрида примеси с поверхности удаляется и источником юпяется примесь, диффунлнровавшая в пластину в процессе первой стадии. Это аналогично диффузии из ограниченного источника. Основным ограничением метода диффузии с использованием жидких лиффуэантов является относительная невоспроизводимость процесса — влияние формы и размеров системы и параметров процесса на поверхностную концентрацию и диффузионный профиль и равномерность осаждения по площади пластины.
Кроме того, в случае высоких концентраций бора на поверхности могут образовываться труднораспюримые соединения бора с кремнием. Обычно метод используется лля формирования высоколегнрованной области эмгптера в биполярных транзисторах (диффузия фосфора), легирования полихремния затвора полевых транзисторов (фосфор), разделительной диффузии (бор).
Метол с удалением ангвщрнда с поверхности используется при диффузии базы (диффузия бора) и для других высоко концентрационных областей р-тюза проводимости. указанные ограничения приводят к пог степенной замене жидких диффузантов на другие источники. Большое распространение в промъшпенностн нашли газообразные и твердые источники диффузии. Длительное время основным ограничением применешш газообразных лоточников диффузии являлась их высокая токсичность, требующая высокой герметичности системы и средств защиты оператора.
Для защиты оператора автоматическую зырузку и вьпруэку пластин выполняют без его учаспш. Принципиальным опичием использования шэообразных источников является непо- е уеаятеуе ауяиеугеэьяоя фермы~ а; б — вяоэь реактора средственное взаимодействие с поверхностью пластины с образованием примеси в атомарном виде, диффундирующей в кремний, и газообразного водорода, смешивающегося с потоком; 2РНэ + Нг(дг) . 2Р + ЗНг. Бг Восстановительная среда в реюпоре не являеюя реагентом, но определяет повышенную подвюкность примеси в пионом потоке. Волород, облвдюощий меньшей относительной молекулярной массой, чем аргон и азот, обеспечивает большую подвжкносп фосфи на и, следовательно, равномерность диффузии по пластине.
Диффузия проводится эа одну стадию и является диффуэией из бесконечного источника. Поверхностную концегпрацяю регуляруют изменением температуры, а профиль распределения примеси - времени диффузии. Метод используют для диффузии мьпльяка и фосфора (области эмипера биполярного транзистора, стока и истока полевого транзистора), бора (базовые области биполярньп транзисторов и стоки и истоки полевых транзисторов), как альтернативу методу ионной имплантации при совании сверхтонких диффузионных слоев с более низким уровнем деффектов, что не досппвется при имплантации примесей. Этапы диффузии те же, что и диффузии из жидкого источника.
Ограничением метода яюиется некоторая зависимость параметров диффузии от формы и размеров реактора и затрудненность получения контролируемых низких концентраций примеси, необходимых дяя базовых областей биполярных транзисторов. - Для получения низких концентраций примеси 1бп - !Вгз смг более приемлемым является метод диффузии из твердого источника — шайбы диаметром, равным диаметру пластины, - содерллщего требуемую концентрацию ангидрида примеси (выделяющегося при нагреве источника до температуры диффузии), позволюощую с высокой точностью ре- ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖЛЕНИЕ ПЛЕНОК ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ 1 2 1 — ь ч— Гч(АГ) 1 2 1 Рве. 2.6.22. Схееа есемяеевя вленвв мвтбяыаа еремеев вз тееудеге встечввха: 1- рабочее пхастнна; 2- источник примеси 2.6ЛВ.
Характеристики диффузии гулировэть ' поверхностную концыпрацию примеси в диффузионном слое. При этом схема диффузии существенно упрощается (рис. 2.6.22). Через реактор пропускается нейтральный газ с невысокой скоростью. При нагревании анпщрид примеси испаряется из пластины источника в зазор между пластинами и переносится без перемешшиния на рабочую пластину. Поток газа прешпствует накоплению избытка примеси в реахторе. Данным метод обеспечивается равномерность осаждения и, главное, - строго дозированное количество ангидрида примеси по площади пластины и по длине лодочки для всей партии. Для повышения качества изделий необходимо создать стабильные источники примеси.
Диффузия примеси из источника„сформированного на поверхности выполняется в стандартных установках диффузии или окисления в потоке инертного газа по аналогии со второй стадией диффузии из жидких диффузыпов. На качеспю приборов влияет диффузия примесей в тонких пленках поликристаллического кремния, используемых в качестве электродов к областям базы, эмитгера и коллектора в бицолярных транзисторах, затвора в полевых трайзисзорах, резисторов и поликремниевой разводки. Для снижения удельного электросопротивления поликремння его легируют бором, фосфором или мышьяком. Легированные пленки поликремния используют как источник диффузии в кремний.
Коэффициент диффузии примеоных атомов, диффундируюп1их вдоль межзеренных границ, может почти в 100 раз превышать коэффициенты диффузии в решетке монокристалла. В табл. 2.6.18 даны характеристики диффузии Аз, В и Р в пленках поликремния, используемых в технологии микросхем. З.б.б. химическОе Осаждеиие паеиок из ГАЗОВОЙ ФАЗЫ Осиоввме вривцияы и обвыв харюперистика. Сущность метода химического осюкдения из газовой фазы (в зарубежной литературе принят термин Сгуг - Сцеш1са( Чарог Пероийоп) состоит в том, по в герметичном рабочем обьеме (реакторе) в результате химических реакций в ивовой фазе и (или) на поверхности нагретых подложек осаждаются слои твердого продукта„а остатки непрореагировавших исходных реагентов и газообразные продукты реакций улаляются из реактора с потоком газа-носителя нли отхачивахпоя вакуумным насосом.
Протекание осаждения слоев твердого продукта нз шзовой фазы зависит от ряда параметров: температуры, давления, концентрации реагентов в газовой смеси, соотношения этих реагентов, скорости пюового потока. Знание закономерностей химического взаимодействия исходных реагентов и подбор условий проведения процесса позволяют получать с высокой степенью воспроизводимости слои различных материалов с требуемыми свойствами. Осаждение слоев из газовой фазы сложный многостадийный процесс, включающий перенос исходных реагентов в зону осаждения к нагретым подложкам, взаимодействие исходньпб реагентов и образование промежуточных продуктов, массоперенос исходных веществ или промежуточных продуктов к поверхности подложек, адсорбцию, реакции на поверхности подложек с образованием слоя материала, десорбвню шзообразных продуктов реакций с поверхности и их эвакуацию нз зоны осазкдения.
Механизм протекания осаждения зависит от условий осаждения и используемых реагентов. Ключевым моментом, определяющим однородность осаждения слоев из газовой фазы, является соотношение скоростей роста слоя на подложке и массопереноса реагентов или промежуточных продуктов ре- Глав 26. Т~(ВОЛОГИН ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК 2.6.19. Обебшаивые характеристики врецессев осалшевив в РАД н РПД 1,0 а,а Рве. 2.6.23.0тввеательваа стввмвсть ебрабвтав аваев властавы лвамегрвм тб мм (а) в 100 мм (б) в раавюрах ламма(ыраегв лавлеыьг: 1- АМН-6000; П - УНИПАК-1010; реааторах левввелногв давлввва: П1 - РПД с горизонтальным рмыололевввм лластан; уг - РПД с вергвхальмвы раслелслвивем пластин; 1 - трудозатраты; 2- столместь оборулелыви; 3- стовместь исходных реагентов; 4 - энергоэатраты акции к подлозюсе. Если скорость роста превышает скоросп массопереноса или соизмерима о ней, процесс протекает в "диффузионной" области и осаждаемые слои имеют большую неоднородносп по толщине.
Если же скорость роста слоя намного меньше скорости массопереноса, то процесс идет в "кинетической" области, т.е. рост слоев лимитируется скоростью химической реакции, а не массопереносом, и достигается высокая однородность оапкдения слоев. В связи со сложностью химичеохих процессов, лежащих в основе шзофазного осаждения слоев, одна из основных задач состоит в выявлении стадий процесса, определяющих основные особенности осаждения слоев (в частности, лимитирующих стадий), достаточных длк решения задач управления профилем скоростей осаждения и нахолшения оптимальных условий проведения процесса.
В связи с развитием электронной техники и массового производства интегральных охем повысились требования к качеству используемых слоев. Именно в этой области техники метод химического газофазного осаж- денна различных слоев продемонстрировал свои лрвиьгущества. Выоокие производительносп и воспроизводимосп, хорошие однородность и качество осаждаемых слоев, коэффициент заполнения рельефа поверхности подложек, близкий к единице, овойственные СМЭ, позволили улучвппь экономические показатели пронзводспи интегральных схем, повысили выход годных приборов и их надежность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
