Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Нитрид кремния применяют для пассивации поверхности полупроводниковых микросхем. Он является хорошей защитой от воздействия внешней среды. Нитрид кремния используется также в качестве маски при локальном окислении кремния, что обусловлено его низкой скоростью окисления, Этот процесс используется в изопланарной технологии производства микросхем на биполярных транзисторах (см. гл.
7) и в ряде вариантов технологии МДП-микросхем (см. гл. 8). Химическое осаждение из газовой фазы металл и ч е с к и х п л е н о к . В настоящее время освоен процесс осаждения из газовой фазы при пониженном давлении тонких пленок вольфрама. Этот материал обладает высокой температурой плавления и малым удельным сопротивлением (5,3 икОм см). Используется реакция пиролиза (разложения за счет нагрева) галогенидов вольфрама 'зззС1з и %Рз:%Рз=Ю+ЗГз. Можно использовать реакцию их восстановления волородом %Гз+ЗНз=%+6НГ. В зависимости от типа реактора (см. рис.
1!.!4, рис. ! 1,17, рис. 11.18) процесс проходит при температуре 600.. 800 С, причем использование %С1з ведет к необходимости повышения температуры. Процессы осаждения идут при меныпих температурах с большей скоростью при воздействии ультрафиолетового облучения и при наличии плазмы. Кроме % методом химического осаждения из газовой фазы могут быть получены пленки Мо, Та, Тй Л). Важность освоения этих технологических операций связана с необходимостью формирования разводки на основе силицидов металлов (%5)з, Моб!з) при переходе к субмикронным размерам элементов БИС (см. гл. 3 и 4).
В отличие от других методов нанесения металлических пленок (вакуум-термическое напыление, катодное распыление) осаждение из газовой фазы при пониженном давлении позволяет получить конформное покрытие пленкой ступенек рельефа. Следует отметить высокую производительность осаждения и групповой характер процессов нанесения металлических пленок. Нанесение тонких пленок в вакууме. Основным методом нанесения тонких пленок в технологии микросхем до недавнего времени было термическое испарение материалов и их конденсация на поверхность подложек, осуществляемые в вакууме при давлении 1О '...10 ' Па (когда длина свободного пробега молекул во много раз превышает 3!9 расстояние между испарителем и подложкой и испарившнеся атомы перемещаются по прямолинейной траектории без столкновения с мо.
лекулами остаточной газовой среды), и ионное распыление. И в нас таящее время эти методы распространены, особенно в произволстве гибридных микросхем. М е т о д т е р м о в а к у у м н о г о н а п ы л е н и я основан на соз. дании направленного потока пара вещества и последующей конденсации его на поверхностях подложек, имеющих температуру ниже температуры источника пара. Пленка при конденсации формируется из о~дельных атомов или молекул пара вещества. Процесс термовакуумного напыления состоит из четырех этапов: образование пара вещества, перемещение частиц пара от источника к подложкам, конденсация пара на подложках, образование зародышей и рост пленки.
Конденсация испаряемого вещества на подложке зависит от температуры подложки и плотности потока поступающих к подлож- ' ке испаренных атомов или молекул и их энергии. Атомы пара, достигшие подложки, могут либо отразиться от нее (упругое столкновение), либо алсорбироваться и через некоторое время отразиться от подложки (реиспарение), либо адсорбироваться и после кратковременного мигрирования по поверхности окончательно остаться на ней (конденсация).
Судьба каждого из атомов напыляемого вещества, соприкоснувшегося с подложкой, зависит от его энергии, температуры подложки и сродства материалов пленки и подложки. При очень высоких энергиях атомов, большой температуре подложки и малом химическом сродстве атом закрепиться на подложке не может. Температура, выше которой все атомы отражаются от подложки ': и плейка не образуешься, называется критической температурой кон- ! денсации. Она зависит от природы материалов пленки и подложки в и от состояния поверхности подложки. При очень малых потоках( испаряемых частиц, даже если атомы на поверхности подложки оседают, но не встречаются с другими такими же атомами, они '. в конце коннов вновь испарятся.
Критической плотностью атомар-: ного потока для данной температуры подложки называется наимень- ': шая плотность, !)ри которой атомы конденсируются на ней. Рост зародышей происходит за счет присоединения новых атомов, мигрирующих по поверхности или попадающих на зародыш непосредственно из пролетного промежутка источник — подложка. По мере конденсации пара заролыши растут, между ними образуются сое-)! диняющие мостики, зародыши сливаются в крупные островки. После этого наступает стадия слияния островков с образованием единой сетки. Сетка переходит в сплошную пленку, которая начинает расти в толщину. В производстве гибридных микросхем металлические пленки напыляют на лиэлектрические подложки.
Для таких сочетаний химически не родственных материалов (конденсата и подложек) 320 и) оайа к) Ряс. ! !.22, Разковкдяостя кояструкцяк ясяарятелсй для термонакууыяого нанесения пленок: е) м) з) и) о о †. проволочные, г. д — ленточные; е...п — тнтельные, « — эле«тронно.лрчевор е «ольневмм «е одом, ! — «ольнеаов атод: р — э ран; р — пепарвемов веыеетао, 4- водооэлаыдаемыр анод велико реиспарение; зародышеобразование и рост тонких пленок затрулнены.
Испарение материалов осуществляют в испарителях. В зависимости от способа нагрева испарители можно подразделить на резистивные и электронно-лучевые. По конструктивным признакам различают проволочные, ленточные и тигельные (рис. 11.22) резистивные испарители. К материалам, используемым для изготовления нагревателей резистивных испарителей, предъявляют следующие требования. давление пара материала нагревателя при температуре испарения осаждаемого вещества должно быть пренебрежимо малым; материал нагревателя должен хорошо смачиваться расплавленным испаряемым материалом, что необходимо для обеспечения хорошего теплового контакта между ними; между материалами нагревателя и испаряемым ве!цеством не лолжно возникать никаких химических реакций.
Электронно-лучевой испаритель, используемый в установках для осаждения тонких' пленок, должен удовлетворить ряду специфических требований: малогабаритность, низкие рабочие напряжения, широкий диапазон удельных мощностей электронного луча, стабильность и воспроизводимость удельной мощности после замены катода и разборки испарителя. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют электронно-лучевые испарнтели со щелевой формой электродов электронного прожектора и секторным магнитным отклонением ленточного пучка на углы от 90 до 180" с использованием трехэлектродной электронно-оптической системы.
!! з, еяк 32! Нагрев подложки осуществляют с целью уменьшения количества загрязнений на ее поверхности и улучшения сцепления пленки с подложкой. В установках термического испарения части используют систему лучистого нагрева подложек, содержащую излучатель (галоидные лампы накаливания) и рефлектор.
Температура подлож ки выбирается оптимальной, чтобы обеспечить конденсацию пара и адгезию к ней пленок. Нагрев подложек необходим для десорбции вредных веществ (газов, влаги, масла насосов), являющихся основной причиной плохой адгезии. Структура напыленной пленки зависит от материала, состоянии ,поверхности и температуры подложек, скорости напыления. Они могут быть аморфными, поликристаллическими, монокристаллическими. Размер зерна металлических пленок зависит от температуры плавления металла. Металлы с высокой температурой плавления (вольфрам, молибден, тантал и др.) образуют пленки с малыми размерами зерен. Металлы с низкой температурой плавления образуют крупнозернистые пленки.
Крупнозернистые пленки имеют большую стабильность электрофизических свойств, чем мелкозернистые. Таким образом, при вакуумном напылении необходимо повышать скорость напыления, а размеры зерен пленки увеличивать за счет повышения температуры подложки при напылении и отжиге. Отжиг пленок производится в вакуумных установках непосредственно после напыления при температурах подложек, несколько превышающих температуры напыления.
Это делается для упорядочения структуры н уменьшения внутренних механических напряжений пленок с целью повышения их стабильности и улучшения адгезии к подложкам, В процессе отжига межзеренные промежутки а пленках уменьшаются и, следовательно, снижается число структурных дефектов. При этом сопротивление резистивных и проводящих пленок уменьшается. В качестве примера рассмотрим схему внутрикамерного устрой. ства установки УВН-73П-1 (рис. 11,23, а), предназначенной для нанесения проводящих пленок (алюминия, ванадия и др.) способом термического испарения металлов в вакууме. На задней крышке камеры установлены три электронных испарителя с б кольцевыми катодами (см.'рис.
1!.22), выполненными из вольфрамовой проволоки. Центральный испаритель предназначен для испарения ванадия, а два крайних — для алюминия. Подложки закрепляют на внутренней поверхности барабанного подложкодержателя. Конусообразная форма барабана с углом наклона 8' повышает равномерность тол. шины наносимых слоев по сравнению с цилиндрическим вариантом. Частоту вращения барабана устанавливают в диапазоне 1...30 об77 мин. Для измерения температуры осаждения на барабане закреплен термометр сопротивления, сигнал с которого через коллектор пода. ется на измерительный прибор. Нагрев барабана и подложек осуществляют с помощью нагревателя и ламп накаливания.
322 а) б) ряс. 11.23. Схема (а) внутрнкамерного устройства УВН-7ЗП-1, планетарный механизм (б) с тремя вращающимися сегментными поалаыкодерыателямн: 4 — барабан»ай лоллом агмрмвтель, 2 — нолломкн,  — н тр в тель, 4 — намернтель скорости оеамленн»; б — тасланка; б — неларнте ь, 7 —, о ый атреннтель;  — раб нан камер Заслонка, управляемая электромагнитом, позволяет проводить предварительное обезгаживание испарителя и исходного материала без загрязнения подложек, а также прерывать поток испаряемого материала при достижении заданных толщины или сопротивления пленки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
