Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 30

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

Текст из файла (страница 30)

Шлифовку осуществляют на вращающихся шлифовальных кругах. Шлифующим агентом являются суспензии из микропорошков, размер зерен которых выбирают все меньшим при каждом цикле шлифовки, вплоть до 0,3 — 0,5 мкм. По окончании шлифовки на поверхности все же остается механически нарушенный слой толщиной несколько микрон, под которым расположен еще более тонкий, так называемый физически нарушенный слой.

Последний характерен наличием енезримых» искажений кристаллической решетки и механических напряжений, возникающих в процессе шлифовки. Полировка состоит в удалении обоих нарушенных слоев и снижении неровностей поверхности до уровня, свойственного оптическим системам — сотые доли микрона. Помимо механической (с помощью еще более мелкозернистых суспензий), используется химическая полировка (травление), т.е.

по существу растворение поверхностного слоя полупроводника в тех или иных реактивах. Выступы и трещины на поверхности стравлнваются быстрее, чем основной материал, и в целом поверхность выравнивается. Достигаемая в процессе шлифовки н полировки параллельность плоскостей пластины составляет единицы и даже доли микрона на сантиметр длины. 6.3. Элит аксая Важным процессом в полупроводниковой технологии является также очистка поверхности от загрязнений органическими веществами, особенно жирами. Очистку и обезжиривание проводят в органических растворителях (толуол, ацетон, этиловый спирт и др.) при повышенной температуре.

Травление, очистка и многие другие процессы сопровождаются отмывкой пластин в деионизованной воде. Деионнзация осуществляется в специальных установках путем пропускания предварительно дистиллированной воды через гранулированные смолы, в которых благодаря химическим реакциям происходит связывание растворенных ионов. Степень деионизации оценивается по удельному сопротивлению воды, которое обычно лежит в пределах 10-20 МОм см и выше (удельное сопротивление бидистиллированной воды не превышает 1-2 МОм см). 6.3. Эпитаксия Эпитаксией называют процесс наращивания монокристаллических слоев на подложку, при котором кристаллографнческая ориентация наращиваемого слоя повторяет кристаллографнческую ориентацию подложки. В настоящее время эпнтаксия обычно используется для получения тонких рабочих слоев однородного полупроводника на сравнительно толстой подложке, играющей роль несущей конструкции.

Типовой — хлоридльтй процесс эпитаксии применительно к кремнию состоит в следующем (рис. 6.2). Монокристаллическне кремниевые пластины загружают в тигель «лодочку» и помещают в кварцевую трубу. Через трубу пропускают поток водорода, содержащий небольшую примесь тетрахлорида кремния 31С14. Прн высокой температуре (около 1200 'С), которая обеспечивается высокочастотным нагревом тигля, на поверхности пластин происходит реакция Я1С14 + 2Нз В1 + 4НС1. В результате реакции на подложке постепенно осаждается слой чистого кремния, а пары НС1 уносятся потоком водорода. Эпитаксиальный слой осажденного кремния монокристаллнчен и имеет ту же кристаллографическую ориентацию, что н подложка.

Химическая реакция, благодаря подбору температуры, зтг Глава 6. Технологические основы микрозлектроиики Рис. 6.2. Схема хлоридного процесса зпитаксии: 1 — кварцевая труба; Л вЂ” катушка ВЧ нагрева; 3 — тигель с пластинами; е — пластина кремния; Б — вентиль лля перекрытия соотвегствуепцего газа; б — измеритель скорости потока происходит только на поверхности пластины, а не в окружающем пространстве. Процесс, проходящий в потоке газа, называют газотранспортной реакцией, а основной газ (в данном случае водород), переносящий примесь в зону реакции, — газом-носилзелелг. Если к парам тетрахлорида кремния добавить пары соединений бора (ВзНз) или фосфора (РНз), то эпитаксиальный слой будет иметь уже не собственную, а соответственно дырочную или электронную проводимость, поскольку в ходе реакции в осаждающийся кремний будут внедряться акцепторные атомы бора или донорные атомы фосфора.

В установке, показанной на рис. 6.2, предусмотрены некоторые дополнительные операции: продувка трубы азотом и неглубокое травление поверхности кремния в парах НС1 (с целью очистки). Эти операции проводятся до основных. Таким образом, эпитаксия позволяет выращивать монокристаллические слои любого типа проводимости н любого удельного сопротивления на подложке, обладающей тоже любым типом и величиной проводимости г(рис 6.3).

Эпитаксиальная пленка может отличаться от подложки по химическому составу. Способ получения таких пленок называют гетероэпитаксией„в отличие от гомоэпитамсии, описанной выше. Конечно, при гетероэпитаксии материалы пленки и подложки должны по-прежнему иметь одинаковую кристаллическую решетку. Например, можно выращивать кремниевую пленку на сапфировой подложке. 173 6.4. Термическое окисление а) в) Рис. 6.3.

Примеры епнтаксиальных структур: а — пленка и-типа на л'-подложке; 6 — пленка р'-тнпа на л-подложке; в — пленка и-тнпа на р-подложке Граница между эпитаксиальным слоем и подложкой не получается идеально резкой, так как примеси в процессе эпитаксии частично диффундируют из одного слоя в другой. Это обстоятельство затрудняет создание сверхтонких (менее 1 мкм) и многослойных эпитаксиальных структур. Основную роль в настоящее время играет однослойная эпитаксия. Она существенно пополнила арсенал полупроводниковой технологии; получение таких тонких однородных слоев (1 — 10 мкм), какие обеспечивает эпитаксия, невозможно иными средствами.

В заключение заметим, что помимо описанной газовой эпитаксии, существует жидкостная эпитаксия, при которой наращивание монокристаллического слоя осуществляется из жидкой фазы, т.е. из раствора, содержащего необходимые компоненты, 6.4. Термическое окисление Окисление кремния — один из самых характерных процессов в технологии современных ИС.

Получаемая при этом пленка двуокиси кремния (610з) выполняет несколько важных функций, в том числе: и функцию защиты — пассивации поверхности и, в частности, защиты вертикальных участков р — п-переходов, выходящих на поверхность (рис. 6.4, а); и функцию маски, через окна которой вводятся необходимые примеси (рис. 6.4. б); и функцию тонкого диэлектрика под затвором МОП-транзистора (рис. 6.4, е).

Такие широкие возможности двуокиси кремния — одна из причин того, что кремний стал основным материалом для изготовления полупроводниковых ИС. Глава 6 Техиологические осиовы микрозлектроиики З«О«Маска тонкий окисел Затвор Защитный »кисел а) б) в) Рис 64. Функции двуокисиой пленки кремиия а — пассивация поверхности, б — маска для локального легироваиия, з — тонкий иодзатвориый окисел Поверхность кремния всегда покрыта «собственной» окисной пленкой, получающейся в результате «естественного» окисления при самых низких температурах. Однако эта пленка имеет слнгпком малую толщину (около 5 нм), чтобы выполнять какую-либо из перечисленных функций. Поэтому в технологии ИС пленки 3101 получают искусственным путем.

Искусственное окисление кремния осуществляется обычно при высокой температуре (1000-1200 'С). Такое термическое окисление можно проводить в атмосфере кислорода (сухое скис ление), в смеси кислорода с парами воды (влажное окисление) или просто в парах воды . Во всех случаях процесс проводится в окислительных печах. Основу таких печей составляет, как и при эпитаксии, кварцевая труба, в которой размещается «лодочка» с пластинами кремния, нагреваемая либо токами высокой частоты, либо иным путем. Через трубу пропускается поток кислорода (сухого или увлажненного) или пары воды, которые реагируют с кремнием в высокотемпературной зоне.

Получаемая таким обРазом пленка 310з имеет амоРфнУю стРУктУРУ Механизм окисления имеет два варианта. Первый вариант состоит нз следующих этапов: 1) диффузия атомов кремния через уже имеющуюся пленку окисла к поверхности, 2) адсорбция молекул кислорода поверхностью из газовой фазы, 3) собственно окисление, т.е. химическая реакция. В этом случае пленка нарастает над исходной поверхностью кремния.

Второй вариант состоит из следующих этапов: 1) адсорбция кислорода поверхностью уже имеющегося окисла, 2) диффузия кислорода 1 При влажном окислении кислород предварительио пропускают через сосуд с водой — так называемый барботер 6 4 Тер»э»ческое экэ«леан« через окисел к еще не окисленному кремнию, 3) собственно окисление. В этом случае пленка нарастает вглубь от исходной поверхности кремния.

На практике оба механизма сочетаются, но главную роль обычно играет второй. Очевидно, что скорость роста окисла со временем должна убывать, так как новым атомам кислорода приходится диффундировать через все более толстый слой окисла. Полуэмпирическая формула, связывающая толщину окисной пленки со временем термического окисления, имеет вид: где Й вЂ” параметр, зависящий от температуры н влажности кислорода.

Сухое окисление идет в десятки раз медленнее влажного. Например, для выращивания пленки Б~Оз толщиной 0,5 мкм в сухом кислороде при 1000 'С требуется около 5 ч, а во влажном — всего 20 мин. С уменьшением температуры на каждые 100 'С время окисления возрастает в 2 — 3 раза. В технологии ИС различают «толстые» и «тонкие» окислы В«Оз.

Толстые окислы (о» = 0,5 — 0,8 мкм) выполняют функции защиты и маскировки, а тонкие (д = 0,05 — 0,15 мкм) — функции подзатворного диэлектрика в МОП-транзисторах. Одной из важных проблем прн выращивании пленки Я~Оз является обеспечение ее однородности.

В зависимости от качества поверхности пластины, от чистоты реагентов и режима выращивания в пленке возникают те или иные дефекты. Распространенным типом дефектов являются микро- и макропоры, вплоть до сквозных отверстий (особенно в тонком окисле). Качество окисной пленки повышается с уменьшением температуры ее выращивания, а также при использовании сухого кислорода. Поэтому тонкий подзатворный окисел, от качества которого зависит стабильность параметров МОП-транзистора, получают сухим окислением.

Характеристики

Список файлов книги