Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Конденсаторы МОП формируются с использованием сильнолегированной области (подобно области эмиттера), которая действует как одна из обкладок конденсатора, другая обкладка — верхний металлический электрод. Между ними — слой диэлектрика, обычно %02 (диэлектрическая проницаемость агт 3,9) (рис.
8.7). Емкость на единицу площади равна С = Е)2/т, где 1 — толщина слоя диэлектрика. Для увеличения емкости вместо %02 могут применяться пленки из материалов с большей диэлектрической про- иицаемостью, такие как 8182т4 (ер 7) или Та20ь (е)2 25). Как было рассмотрено в гл. 2, у обратносмещенного диода имеется Металлические контакты емкость.
Это уже другой вид конденсатора, формируемого в кристал- ,~ — 8)02 ле ИС. Области р и п действуют как ,/(диэлектрик) проводники, а между ними — изоли- ) рующий обедненный слой. Если в ИС ~ л-подложке ! 2 ) требуется конденсатор в каком-то определенном месте, там формиру- Рис. 8.7. Структура МОПколдеясатора ется обратносмещенный р-и-переход и получается небольшой конденсатор емкостью около 20 пФ. 8.7. Основные технологические процессы Осалсдение акисной пленки Первоначальный окисный слой (толщиной 2 нм) образуется на поверхности кремниевой пластины при комнатной температуре при первом ее контакте с атмосферным кислородом. Этот окисный слой не имеет практического применения. При производстве ИС часто требуется осаждение окисной пленки тол%иной около микрона или меньше. Такой окисный слой, будучи хороНим изолятором, изолирует разные металлические структуры (электроды) на кристалле, а также предохраняет полупроводник от загрязнений при диффузии или ионной имплантации.
4 — 2890 ~~~22б Глава 8. Производство интегральная схем Для осаждения двуокисом кремния кремниевые пластины окисляются в соответствующей атмосфере, которая пропускается по кварцевой трубе, помещенной в электрическую печь. Температура поддерживается в диапазоне от 850 до 1100 'С.
Слой %0г можно получить, пропуская через кварцевую трубу очищенный сухой кислород (сухой процесс) или водные пары (мокрый процесс). Мокрый процесс требует особой осторожности, так как выделяется взрывоопасный гзз — водород. При сухом процессе %(т) + Ог(газ) — + %0г(т). При мокром процессе Я1(т) + 2НзО(газ) — ~ ЯЮз(т) + 2Нг(газ). В среде пара происходит более быстрый рост, и мокрый процесс применяется для формирования толстых защитных пленок двуокиси кремния. Для создания тонкой структуры %0г используется сухой процесс, дающий улучшенные характеристики границы раздела й-ЯЮг. Окисле. ние имеет место на границе Я1-ЯЮг. Толщина окисной пленки — функция от времени и температуры. Процесс роста своя Я10г включает в себя такие процессы, как перенос атомов кислорода из газовой фазы к месту роста, движение этих атомов через уже сформированный окисел, затем уже происходит химическая реакция на границе.
Все эти процессы изучены достаточно подробно, так что осаждение окисла с требуемой толщиной — процесс управляемый. Фотолитография Фотолитография — это технология, применяющаяся для выборочного удаления участков оксидной пленки, чтобы через эти участки вводить в поверхность полупроводника легирующие примеси. При производстве ИС применяется оптическая литография, использующая ультрафиолетовые (УФ) лучи (Л = 0,2 — 0,4 нм). После формирования слоя %0г, пластина покрывается фоторезистом— материалом, чувствительным к УФ-лучам (рис.
8.3, в). Фоторезист — это полимерная эмульсия, нанесенная на поверхность пластины методом центрифугирования на высокоскоростной центрифуге. Пластина с покрытием спекается при температуре 60 или 100 'С длв удаления органического растворителя и для повышения сцепления фотв ревиста с пластиной. Подготавливается стеклоподобная маска, содержащая требуемые шаблоны в виде прозрачных и непрозрачных областей. После точного позиционирования маски над пластиной происходит экспонирование УФ-лучами (рис. 8.3, г). В тех частях фоторезиста, на которые через прозрач- ные участки маски попадают УФ-лучи, происходит химическая реакция и фоторезист полимеризуется.
Полимеризованные части фоторезиста при следующем этапе процесса не удаляются, а неэкспоыированные части (попавшие под непрозрачные участки маски) растворяются в травильном растворе и смываются (рис. 8.3, д). Пластина еще раз подвергается ыагреваыию при температуре от 120' до 180 'С в течение 20 минут для повьппения стойкости фоторезиста к травлению на последующих этапах изготовления ИС. Травящим реагентом для удаления незащищенных фоторезистом частей 810з является плаввковая кислота (Нг) (рис. 8.3, е). Остатки фоторезиста после этого удаляются химическими растворителями или другими, более современными методами, например в кислородной плазме.
Таким образом создаются участки без оксида кремния (окошки), как ыа рис. 8.3, эс. Выбранные участки пластины легируются диффузией или ионной имплантацией, чтобы сделать их проводимость р- или п-типа, и таким способом формируются все элементы схемы (резисторы, кондеысаторы, диоды, транзисторы). Преимущества оптической литографии: — большой выход (большое количество обработанных пластин в час), хорошее разрешение, низкая цена и проста процесса; — для более современной нанометровой технологии используется электронно-лучевая литография, она будет рассмотрена дальше. Маска Маски изготавливаются на основе подложки из плавленого кварца, покрытого слоем хрома. Стандартный размер маски — 15 х 15 смз, толщина 6 мм. Плавленый кварц подходит для маски по следующим причинам: 1) имеет маленький коэффициент температурного расширения; 2) хорошо пропускает ультрафиолетовый свет; 3) имеет хорошую механическую прочность.
Маски изготавливаются с применеыием компьютерных автоматизированных систем проектирования (САП). Данные САП используются для управления генератором шаблонов электронно-лучевой литографической системы, которая переносит шаблоны напрямую на чувствительную к электронам маску. Чувствительная к электронам маска — это полимер, химические или физические свойства которого меняются под действием злектроыного луча. Эти шаблоны переносятся на слой хрома. Полная ИС Разделяется на несколько уровней масок в соответствии с последовательностью технологии ИС.
Обычно для полыого цикла технологии ИС требуется от 15 до 20 разных масок. ~~~228 Глава 8. Производство интегральных схем Фоторезист Фоторезист — это чувствительный к облучению материал из фоточувствительного компаунда, полимерной основы и органического растворителя.
Фоторезист бывает двух типов: позитивный и негативный. У позитивного фоторезиста облученные участки становятся растворимыми и потом легко удаляются в процессе проявления. Растворимость— результат структурных изменений, произошедших в фоточувствительном материале при облучении. Таким образом, рисунок, сформированный на пластине, будет таким же, как и на маске. У негативного фоторезиста на облученных участках инициируется реакция образования полимерных связей.
Полимеризованный состав имеет молекулы с большей массой и становится нерастворимым в растворе проявителя. Позитивный фоторезист имеет лучшее разрешение, чем негативный. Электронно-лучевая литография В первое время электронно-лучевая литография применялась для изготовления фотомасок. Генерируется электронный луч, который фокусируется конденсором до размера от 10 до 25 мм в диаметре. Этот луч можно направить на любое место поля развертки, используя управляемый компьютером механизм. В отличие от фотолитографии, где весь набор шаблонов экспонируется одновременно, в электронно-лучевой литографии луч проходит путь от шаблона к шаблону поочередно.
При этом процессе не требуется шаблона, так как информация о положении шаблонов сохраняется в компьютерном файле. Хотя последовательное экспонирование занимает больше времени, но достигаемая электронно-лучевой литографией большая плотность схемы частично компенсирует потерю времени.
Преимущества электронно-лучевой литографии: 1) создает геометрию субмикронных элементов; 2) полностью поддается автоматизации, прецизионному управлению и контролю; 3) даст большую глубину резкости, чем оптическая литография; 4) напрямую работает на поверхности полупроводниковой пластины без применения маски. Недостатнис низкая производительность — около 10 пластин в час при разрешении 0,25 микрон. Травление В процессе травления селективно удаляются участки изолирующего слоя, не закрытые шаблонами, перенесенными от маски, 8.7. О< р з 229)) Влажное травление При влажном травлении слой 810з стравливается (удзляется) разбавленным раствором НР, иногда с добавлением фторида аммония (МНлР), который применяется для управления уровнем рН, чтобы улучшить режимы травления.
Имеет место следующая химическая реакция: 880з + 6НР— + НзййРв + 2НеО. Скорость травления управляется концентрацией травящего раствора, температурой, кроме того, зависит от плотности, пористости и микроструктуры слоя ЙОг. Проблемой мокрого травления является значительное подтравливание под слоем маски, потому что травление — процесс изотропвый и происходит во всех направлениях (рис.
8.8, а). Сряов травление (илазлеенное травление) Это более передовая технология травления. Плазма состоит из возбужденных нейтральных частиц, а также из ионов и электронов. Для сухого травления выбирается газ, который вступает в реакцию с подлежащим удалению материалом. Для кремния и его соединений, травящий гзз содержит фтор. Алюминий удаляется хлором и его соединениями. При сухом травлении, маскированная пластина подвергается воздействию плазмы. Возбужденные нейтральные частицы химически взаимодействуют с материалом, который требуется удалить в области воздействия, а ионы плазмы бомбардируют поверхность и физически удаляют обработанный материал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
