[11] Методы Выращивания Кристаллов В Электронной Технике (987513), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

(11.3.20)

(11.3.21)

На рис. 11.3.12 показаны концентрационные зависимости, соответствующие решению представленной системы диффу­зионных уравнений.

Р
ис. 11.3.11. Распределение примеси по глубине при наличии окислительно-восстановительных про­цессов

В ряде случаев перераспределение примесей в кремнии проводится одновременно с окислением. Перераспределение примеси между кремнием и растущим оксидом на его поверх­ности называется сегрегацией примеси и характеризуется коэффициентом сегрегации К'_s. Коэффициент сегрегации опре­деляется как отношение концентрации примеси в оксиде кремния Nsio к концентрации примеси в кремнии Nsi на фа­зовой границе раздела Si—SiO₂:

K'_s=Nsio / Nsi

С учетом процесса перераспределения примесей во время диффузии с окислением уравнение диффузии будет иметь следующий вид:

(11.3.22)

г

де дополнительный по сравнению с уравнением (11.3.2) член правой части учитывает процесс перераспределения примесей. Рост оксидной пленки обычно подчиняется параболичес­кому закону

(11.3.23)

где К зависит от температуры и условий проведения процесса окисления.

По существу последнее выражение математически экви­валентно наличию члена D в уравнении (11.3.17) и имеет с последним эквивалентное решение.

11.3.6. Диффузия в поликристаллическом кремнии

Пленки поликристаллического кремния в технологии изго­товления ИС используются главным образом для формирова­ния затворов в самосовмещенных структурах и создания про­водниковых соединений. Диффузия примесей в пленках поли­кремния описывается на основе модели движения атомов по границам зерен. Проникновение примесей при этом происхо­дит в десятки раз быстрее чем в монокристаллическом ма­териале,

С ледует отметить, что в каждом отдельном случае резуль­таты диффузии в поликристаллическом кремнии предсказы­ваются с большой вероятностью ошибки, хотя известно, что математически процесс описывается с помощью той же функ­ции ошибок, но с несколько другими входящими под ее знак параметрами .Однако чаше используется классичес­кий закон распределения примесей на основе функции оши­бок с аргументами

Исследования электрофизических свойств поликристалли­ческих слоев, легированных элементами V группы показывают, что процесс диффузии сопровождается сегрегацией этих эле­ментов на межзеренных границах. В целом диффузия приме­сей в поликристаллическом кремнии является нежелательным процессом.

11.3.7. Диффузия в слоях арсенида галлия

Как известно, изготовление транзисторов на основе арсенида галлия GaAs вследствие большой подвижности носителей заряда существенно повышает их рабочие частоты по сравнению с кремниевыми.

Высокая упругость паров мышьяка затрудняет использование метода диффузии из газовой фазы. Основную трудность проведения диффузии в арсениде галлия GaAs представляет склонность этих составов к нарушению стехиометрии. Процесс обычно проводится в избытке мышьяка в два этапа. На первой низкотемпературной стадии формируется тонкий (не более 0,1 мкм) примесный слой. Перед высокотемператур­ным отжигом на второй стадии пластина арсенида галлия покрывается слоем оксида кремния, который предотвращает нарушение стехиометрии материала. Для защиты слоев арсе­нида галлия GaAs в ряде случаев также применяется фосфоросиликатное стекло толщиной около 0,5 мкм.

Применение оксидных слоев, легированных соответствую­щими примесями, позволяет использовать эти слои не только в качестве защитных масок, но и как источники диффунди­рующего вещества. При высоких значениях коэффициента диффузии примесей в арсениде галлия даже при больших толщинах оксидного слоя трудно организовать источник бес­конечной мощности. В этих условиях глубина залегания р—n-перехода зависит от оксидного слоя.

11.4. ЛИТОГРАФИЯ

11.4.1. Общие положения

Литографией называется процесс переноса геометрическо­го рисунка шаблона на поверхность кремниевой пластины. Шаблон обычно представляет собой плоскопараллельную стеклянную пластину с нанесенным на нее топологическим рисунком определенного уровня ИС. Применение этого ме­тода позволяет формировать многие схемные элементы, на­пример электроды затвора, металлические соединения, кон­тактные окна, полупроводниковые резисторы, емкости, диоды, транзисторы, колебательные контуры и т.д. Для создания ИС необходимо последовательно перенести на кремниевую пластину топологический рисунок с каждого шаблона.

Р
азвитие микроэлектроники происходит в направлении уменьшения размеров приборов и усложнения схемных решений. В настоящее время промышленность подошла к необхо­димости получения линий шириной 0,25 мкм, точность выпол­нения топологического рисунка должна при этом составлять 0,1 мкм. Рисунок в литографических методах формируется (рис. 11.4.1) экспонированием светом, рентгеновским излучением

Рис. 11.4.1. Изменение ширины линий элементов ИС по годам при использовании литографических методов изготовления ИС

или электронным пучком и т. д. участков кремниевой пласти­ны с последующим проявлением скрытого изображения. Для экспонирования определенных в соответствии с топологией участков пластины в подавляющем большинстве случаев при­меняются фоточувствительные материалы. Эти материалы на­носятся в виде тонкой пленки на кремниевую пластину. По­следующие экспонирование и проявление изображения в фо­точувствительном материале позволяют удалить экспониро­ванные или неэкспонированные области пленки. Затем плас­тина подвергается травлению. Во время травления поверхност­ные области, защищенные пленкой, остаются нетронутыми. Способность защитной пленки не вступать во взаимодействие с травителем отражена в ее названии — резист, а при исполь­зовании видимого света для экспонирования — фоторезист. В конце литографического процесса происходит нанесение или наращивание нового слоя на кремниевую пластину.

11.4.2. Процесс литографии

Шаблоны

Д
ля производства ИС применяются шаблоны с высокой степенью интеграции (количеством дискретных элементов на одной кремниевой пластине). Рисунок шаблона обычно имеет сложную конфигурацию с размером элементов порядка не­скольких микрон. Все это требует первоначально выдерживать топографический рисунок в увеличенном в 100—2000 раз раз­мере. Изготовление фотошаблона с помощью увеличенного оригинала с последующим фотографическим уменьшением в несколько этапов и покрытием эмульсией не вызывает затруд­нений, но не позволяет переносить изображения элементов размером менее 5 мкм.

Рис. 11.4.2. Процесс переноса изображения в фотолитографии

В последнее время в практике изготовления фотошаблонов применяются системы машинного проектирования. Созданная на экране дисплея геометрическая топология шаблона хра­нится в цифровом виде на магнитных дисках. С помощью генератора изображения происходит формирование электрон­ным пучком элементов рисунка на стеклянном шаблоне, покрытом такими материалами, как оксиды железа, хрома или кремния. Эти шаблоны обладают разрешением 1 мкм.

Следует отметить, что по мере использования фотошаб­лонов происходит накопление на них дефектных элементов, что соответственно приводит к производству бракованных ИС. В связи с этим перед каждым экспонированием фотошабло­ны проходят визуальный или машинный контроль и при опре­деленном проценте дефектных элементов заменяются новыми.

Процесс переноса изображения в фотолитографии

На рис. 11.4.2 показана последовательность процесса лито­графического переноса изображения. Первоначально крем­ниевую пластину окисляют в сухом кислороде. Толщина окисного слоя при этом не превышает 1000 нм. На втором этапе на пластину наносят пленку резиста толщиной 1 мкм. Для достижения однородности пленки резист наносится на быстро вращающуюся вокруг вертикальной оси кремниевую пластину. Далее резист высушивают и экспонируют через фотошаблон ультрафиолетовым светом. Для устранения неэкспонирован­ного материала резиста фотошаблоны проявляют в раствори­теле. На следующем этапе происходит стравливание вскры­тых областей окиси кремния SiO₂, травитель при этом не ока­зывает воздействия на резист. На последней, шестой стадии, удаляют резист с покрытых окисным слоем участков крем­ниевой пластины. Изображение, полученное на окиси крем­ния SiO₂ используется в дальнейшем как маска. Диффузия в окисном слое, например, существенно медленнее, чем в са­мом кремнии.

Р
ис. 11.4.3. Блок-схема этапов литографического процесса при производстве ИС свойства резистов;

На рис. 11.4.3 представлена схема этапов литографического процесса. В рамку выделены этапы, входящие в этот процесс. Полную ИС получают последовательным применением про­цесса литографического переноса изображения каждого топо­логического уровня.

Физические принципы применения резистов

Если в фотографическом процессе изображение соответ­ствует распределению интенсивности исходящего от объекта света, то в литографии изображение соответствует профилю фотошаблона. Светочувствительная пленка, покрывающая фо­тошаблон, — фоторезист — под действием падающего излуче­ния изменяет свои химические свойства, а требуемое изобра­жение появляется после его проявления. Литографический процесс во многом похож на фотографический.

В литографии резисты могут быть как негативными, так и позитивными. Позитивный резист состоит обычно из трех компонентов: смолы, легко испаряющегося растворителя и фотоактивного соединения. Растворитель позволяет наносить резист на крем­ниевую пластину в жидком виде. Посуде испарения раствори­теля толщина сухой пленки резиста обычно находится в пре­делах 0,3—2 мкм. Наличие фотоактивного вещества в пленке препятствует ее растворению в водно-щелочном проявителе. Экспонирование светом позитивного резиста приводит к по­тере его защитных свойств. Растворимость негативных резистов в проявителе после облучения уменьшается (рис. 11.4.4). В случае позитивных резистов стравливанию, наоборот, под­вергаются облученные участки.

Характеристики

Список файлов учебной работы