Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Длина пробега ионов является случайной величиной, распределенной по нормальному закону (6.7) Аг(к) = — ехр —— Здесь Π— доза легирования, выраженная в единицах поверхностной плотности внедряемых ионов. Средняя длина пробега ионов Ти среднеквадратичное отклонение длин пробегов ц увеличиваются с ростом энергии ионов Е„. Профили распределения примеси, получаемые при различной энергии и одинаковой дозе легирования, показаны на рис. 6.36, в.
В отличие от диффузии, максимум распределения примеси расположен не на поверхности подложки, а на расстоянии, равном среднему нормальному пробегу ионов, что позволяет получать скрытые заглубленные слои с необходимым типом проводимости. Обычно значение 1 не превышает 0,5-0,7 мкм. В результате ионного внедрения нарушается кристаллическая структура решетки; для ее восстановления необходим отжиг подложек при температуре 600-900 'С. При отжиге смещенные атомы кремния возвращаются на свои нормальные места в узлах кристаллической решетки, а примесные атомы занимают вакансии в ее узлах. 347 6.6. Базовые технологические операции Формирование диэлектрических пленок В полупроводниковых ИМС в основном применяются пленки оксида 5)02 и нитрида кремния 5),ХВ Существует несколько методов получения таких пленок.
Рассмотрим кратко основные. Термическое окисление основано на высокотемпературных реакциях кремния с кислородом или кислородосодержащими веществами, окисление происходит в кварцевых печах при температуре 800 — 1200 'С, поддерживаемой с точностью И 'С. При окислении в атмосфере сухого кислорода на поверхности кремния идет реакция 5) + О -> 5)О. Этот процесс протекает сравнительно медленно: при температуре 1200 'С пленка толщиной 0,5 мкм выращивается в течение 5 часов. При окислении в парах воды этот процесс протекает значительно быстрее.
При этом происходит реакция Рис. В.зт Хи))ииеское осаждение пленок из парогазовой фазы осуществляется в эпитаксиальных установках при более низких температурах и позволяет получать более толстые пленки практически из любого материала. Для осаждения диоксида кремния используют реакцию окисления силана ВН,+20,~220, 2Н,О.
Нитрид кремния получают в результате химических реакций взаимодействия между силаном и амиаком ВВН, а2Н " В Н, 22Н,. Пленки поликристаллического кремния на поверхности 5) 02 образуются в резуль- тате пиролитического разложения моносилана ВН ~22+2Н 5) + 2Н,О -) 5!02 Ьч- 2Н2). На образование пленки расходуются атомы кремния, поэтому исходная поверх- ность подложки в процессе окисления уходит в толщу оксида (рис. 6.37). Рост пленки подчиняется параболическому закону Ь2 = йа Толщина оксида не превы- шает 1,5 мкм.
Глава 6. Структуры и технология интегральных микросхем Аналогичным образом осуществляется осаждение оксида алюминия, окислов титана, тантала и ниобия, а также ряда металлов, например вольфрама, Химическое осаждение пвенок из водных расгпворов осуществляется в специальных электролитических ваннах, где анодом является проводящая подложка. При прохождении электрического тока через электролит выделяющиеся у анода атомы кислорода вступают в реакцию с материалом анода, образуя плотно сцепленную с ним оксидную пленку. Таким способом получают пленки оксида тантала. В этом случае тантал вступает в реакцию с ионами гидрооксида из раствора: 2Та+10 (ОН ) -э Та,О,+5Н,О+10е.
В результате этой реакции образуется оксидная пленка. Точно так же получают пленки оксид алюминия. Формирование проводящих пленок Проводящие пленки широко используются для осуществления соединений между элементами ИМС, создания обкладок конденсаторов, резисторов и т. д. Существуег несколько способов получения пленок.
Термическое вакуумное напыление заключается в создании направленного потока паров напыляемого материала и последующей конденсации их на поверхности подложки. Процесс происходит в вакуумных камерах, где происходит нагрев испаряемого вещества. Испарившиеся частицы, диффундируя, перемещаются к подложке и оседают на ее поверхности. Глубокий вакуум необходим для того, чтобы исключить столкновение частиц напыляемого вещества с молекулами газа и обеспечить получение пленок с равномерной толщиной. Капгодное распыление основано на явлении разрушения катода при бомбардировке его ионами разреженного газа.
Процесс происходит в заполненной инертным газом вакуумной камере, в нижней части которой расположен катод-мишень, являющийся источником напыляемого вещества, а в верхней части — металлический анод, на котором располагают подложки. Анод заземляют, а на катод подают отрицательное напряжение (2-5 кВ), в результате чего возникает газовый тлеющий разряд.
Положительные ионы, образующиеся вследствие ионизации газа электронами, ускоряясь в сильном электрическом поле, выбивают из катода электроны, необходимые для поддержания разряда, а также атомы, которые диффундируют к аноду и оседают на подложке. Таким способом можно также напылять диэлектрические материалы. В этом случае напыление ведется при подаче на катод переменного напряжения с частотой 13,56 МГц: в отрицательный полупериод происходит распыление материала и накопление на катоде положительного заряда, в положительный цолупериод — нейтрализация накопленного заряда электронами.
Недостатком катодного распыления в сравнении с термическим напылением является низкая скорость нанесения покрытий. Ионна-плазменное напыление, являясь разновидностью катодного распыления, происходит при более низком давлении в плазме несамостоятельного дугового разряда, что позволяет повысить скорость напыления пленок и получить более 6.6. Базовые технологические опе ации чистые пленки. Напыление осуществляется в вакуумной камере 1 (рис. 6.38), в нижней части которой расположен вольфрамовый катод 2, а в верхней — анод 3, на который подается положительное напряжение около 100 В, вследствие чего между катодом и анодом возникает дуговой разряд. Мишень 4 является источником напыляемого материала; на нее подается отрицательный потенциал (порядка 1 — 3 кВ), вследствие чего из плазмы дугового разряда вытягиваются положительные ионы, которые обладают энергией, достаточной для распыления атомов материала мишени.
Выбитые из мишени атомы движутся преимущественно в направлении, перпендикулярном ее поверхности, и осаждаются на поверхности подложки 5, закрепленной на подложкодержателе 6. -«...з1 «н йис. в.зв Осаждение пленок материалов иэ водных растворов применяют для получения сравнительно толстых проводящих пленок (20 мкм и более). Существует несколько разновидностей такого способа получения проводящих пленок, в основе которых лежат реакции, протекающие в водных растворах солей металлов. Наиболее часто применяется электролитическое осаждение, которое происходит в специальных электролитических ваннах, заполненных электролитом н содержащих два электрода: катод и анод.
Катодом является подложка с предварительно созданной на ней тонкой проводящей пленкой. Анод обычно изготовляют из того же материала, из которого осаждается пленка. Таким способом создают пленки из меди. В этом случае используется водный раствор медного купороса. При приложении к электродам напряжения происходит разложение электролита на ионы. Положительный ион меди движется к катоду, отбирает недостающие два электрона, превращается в нейтральный атом и оседает на поверхности катода: Си" + Ю, + 2е = Си' 4 + Ю„.
Одновременно с этим на аноде атом меди отдает два электрона и переходит в раствор в виде положительного иона: Си~+3О, =Сп +504 +2е. Так происходит перемещение атомов меди с поверхности анода на поверхность катода. 350 Глава 6. Стр кту ы и технология интегральных микросхем Травление Травлением называют операцию удаления поверхностного слоя подложки. Травление применяется для очистки поверхности подложек от различного рода загрязнений, удаления слбя 61Оэ а также для создания на поверхности подложки канавок и углублений.
Различают жидкостное и сухое травление. Жидкостное травление кремния происходит на границе твердой и жидкой сред. В его основе лежит химическая реакция жидкого травителя и твердого тела, в результате которой образуется растворимое соединение. В качестве травителей используют либо кислоты, либо щелочи. Кислотное травление применяют при подготовке пластин кремния к изготовлению структур микросхем с целью получения зеркально гладкой поверхности пластин. Для этой цели обычно используют смесь азотной и фтористо-водородной кислот, при воздействии которых на кремний происходит суммарная реакция 3[ + 2НХО, + 6НР = Н,3[Р, + 2НХОт + 2Н,О.
Для удаления слоя 6[О, используют плавиковую кислоту, которая переводит оксид кремния в тетрафторид кремния: 6[О, + 4НР = Б[Р„'['+ 2Н,О. Для создания на поверхности кремния канавок и углублений применяют щелочное травление, используя для этой цели водные растворы гидрооксида калия или натрия. Суммарная реакция щелочного травления кремния имеет вид 6[+ 2КОН + Н,О -~ К6[О, + 2Нг Локальное травление, применяемое для получения отверстий в пленке 6[О, и углублений в подложке, осуществляют через маску. Оно может быть изотропным и анизотропным.
Изотропное травление идет с одинаковой скоростью как вглубь кристалла, так и под маску (рис. 6.39, а), в результате чего размер вытравленного отверстия оказывается больше, чем размер отверстия в маске. Анизотропное травление происходит с разными скоростями в различных направлениях: в направлении [1111 она минимальна, так как в этом направлении максимальна плотность атомов, а в направлении [1001 скорость травления в 10-15 раз больше.
При анизотропном травлении в зависимости от поверхностной кристаллографической ориентации можно формировать канавки прямоугольной или Ч-образной формы (рис. 6.39, б и в). траантель 1Ш11 ' [0111 [011[ 1Оа б Рис. 0.39 З51 6.5, Базовые технологические операции Сухое травление производят в вакуумных установках в плазме газового разряда. При ионном травлении поверхность кремния бомбардируется потоком ионов инертного газа (аргона), в результате чего происходит распыление кремния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
