Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 32

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

Текст из файла (страница 32)

На 1о 'т рис. 6.8 показана температурная ав;вь о" зависимость коэффициентов диффузии для некоторых материалов, 10-ы применяемых в технологии ИС. 1000 1зоо тго Ках ВИДИМ, Эта ЗаВИСИМОСтЬ ЭКСПО- Рнс. б.а. Зевнснмость козффнненциальная, т.е. весьма сильная: пнентов диффузии типичных при ЬТ = 100 'С коэффициент диф- (для кремния) прнмесей от темфузии меняется на порядок, а при пературы.

для золота масштаб сьT = 11 'С вЂ” на "= 2 боре на 3 порядка меньше Р,емУс 10 Рдз,ем~/с 10 10 логарифмируя обе части (6.4б), получаем для ограниченного источника 182 Глава 6. Теююлогкчеоккэ ооковы мккроэлэктрокккк Последняя цифра, казалось бы, невелика, но ее истинное значение можно проиллюстрировать следующим простым расчетом. Если ЛВ/11 = 2,5'/О, то разброс глубины дифФузии составит к 1,25'/о иля, при Ьн - 4 икм„около ь 0,05 мкм.

Значит, ширина базы ю, равная Ьнэ — Ькю может получиться с ошибкой 0„1 мкм, что при ю = 0,5 мкм составит 20%. Поскольку коэффициент б н предельная частота / обратно пропорциональны величине ю, ях разброс превысит 40%. 2 Из сказанного ясна необходимость прецизионной регулировки температуры в диффузионных печах. Допустимая нестабильность температуры составляет до я 0,2 'С (т.е.

сотые доли процента). Ионная имплантация. Ионной имплантацией называют метод легирования пластины (или эпитаксиального слоя) путем бомбардировки ионами примеси, ускоренными до энергии„достаточной для их внедрения вглубь твердого тела. Ионизация атомов примеси, ускорение ионов и фокусировка ионного пучка осуществляются в специальных установках типа ускорителей частиц в ядерной физике.

В качестве примесей используются те же материалы, что и при диффузии. Глубина внедрения ионов зависит от их энергии и массы. Чем больше энергия, тем больше получается толщина имплантированного слоя. Однако с ростом энергии возрастает и количество радиационных дефектов в кристалле, т.е. ухудшаются его электрофизические параметры. Поэтому энергию ионов ограничивают величиной 100 — 150 кэВ. Нижний уровень составляет 5 — 10 кэВ. При таком диапазоне энергии глубина слоев лежит в пределах 0,1 — 0,4 мкм, т.е.

она значительно меньше типичной глубины диффузионных слоев. Концентрация примеси в имплантированном слое зависит от плотности тока в ионном пучке и времени процесса или, как говорят, от времени экспозиции. В зависимости от плотности тока и желательной объемной концентрации время экспозиции составляет от нескольких секунд до 3-5 мин и более (иногда до 1 — 2 ч).

Разумеется, чем больше время экспозиции, тем, опять же, больше количество радиационных дефектов. Типичное распределение примеси при ионной имплантации показано на рис. 6/9 сплошной кривой. Как видим, это распределение существенно отличается от диффузионного наличием максимума. Вблизи максимума кривая хорошо аппроксимируется функцией Гаусса, см. (6.4б), 6.6. Ле»ироеаиие 162 Поскольку площадь ионного 1«',см ' пучка меньше площади пласти- и ны (а иногда и кристалла), то 10 приходится сканировать пучок, т.е. плавно или «шагами» перемещать его (с помощью 10 специальных отклоняющих систем) поочередно по всем «строкам» пластины, на которых 1о" расположены отдельные ИС. 0 0,1 0,2 Ьл х, мам По завершении процесса ле- Рнс.

6.9. Распределение примесей гирования пластину обязатель- при ионной имплаи»ации но подвергают оп»жигу при температуре 500 — 800 'С для того, чтобы упорядочить кристаллическую решетку кремния и устранить (хотя бы частично) неизбежные радиационные дефекты. При температуре отжига процессы диффузии несколько меняют профиль распределения (см. штриховую кривую на рис. 5.9). Ионная имплантация так же, как диффузия, может быть общей и локальной (избирательной). В последнем, более типичном случае облучение (бомбардировка) проводится через маски, в которых длина пробега ионов должна быть значительно меньше, чем в кремнии.

Материалом для масок могут служить распространенные в ИС двуокись кремния и алюминий. При этом важным достоинством ионной имплантации является то, что ионы, двигаясь по прямой линии, внедряются только вглубь пластины, а аналогия боковой диффузии (под маску) практически отсутствует. В принципе ионную имплантацию, как и диффузию, можно проводить многократно, «встраивая» один слой в другой. Однако сочетание энергий, времен экспозиции и режимов отжига, необходимое для многократной имплантации, оказывается затруднительным. Поэтому ионная имплантация получила главное распространение при создании тонких одинарных слоев.

Главными преимуществами ионной имплантации являются: низкая температура процесса и его хорошая контролируемость. Низкая температура обеспечивает возможность проведения ионной имплантации на любом этапе технологического цикла, не вызывая при этом дополнительной диффузии примесей в ранее изготовленных слоях.

Глава 6. Теллологаческяе ослоаы микроелеатроллкл 6.6. Травление Обычно травление ассоциируется с использованием специальных растворов — тразителей для общего или локального удаления поверхностного слоя твердого тела на ту или иную глубину. Действительно, жидкие травители остаются главным средством для достижения указанной цели. Однако в технологии микроэлектроники появились и другие средства, выполняющие ту же задачу. Поэтому в общем случае травление можно рассматривать как ые механические способы изменения рельефа поверхности твердого тела.

Классический процесс химического травления состоит в химической реакции жидкого травителя с твердым телом с образованием растворимого соединения; последнее смешивается с травителем и в дальнейшем удаляется вместе с ним. Переход поверхностного слоя твердого тела в раствор означает удаление этого слоя. Однако, в отличие от механического удалеыия, травление обеспечивает гораздо большую прецизионность процесса: стравливание происходит плавно — один моыомолекулярный слой за другим. Подбирая травитель, его концентрацию, температуру и время травления, можно весьма точно регулировать толщину удаляемого слоя.

Например, при химической полировке пластины кремния (см. раздел 6.2), используя соответствующий травитель, можно обеспечить скорость травления 0,1 мкм/мин, т.е. за 20-30 с снять слой толщиной всего 40 — 50 нм. Для большей равномерности травления и удаления продуктов реакции с поверхности ванночку с раствором вращают в наклонном положении (динамическое травление) или вводят в раствор ультразвуковой вибратор (ульлеразвуковое травление). Конечно, травление подчиняется законам физической химии, но в реальных условиях имеется столько привходящих обстоятельств, что рецептура травителей для каждого материала подбирается не расчетыым путем„а эксперимеытально.

Характерной особенностью локального травления (через защитную маску) является так называемое подтравливание ~рис. 6.10, а) — эффект, в какой-то мере аналогичный боковой диффузии (рис.б.б, б). Оы выражается в том, что травление идет не только вглубь пластины, но и в стороны — под маску. В результате стенки вытравленного рельефа оказываются не со- 185 6.6. Травление всем вертикальными, а площадь углубления — несколько боль- ше площади окна в маске, Травнтель а) б) Рис. 6.10. Локальное травление кремния: э — иэотропное; б — аниэотропное Электролитичеекое травление отличается тем, что химическая реакция жидкости с твердым телом и образование растворимого соединения происходят в условиях протекания тока через жидкость, причем твердое тело играет роль одного из электродов — анода.

Значит, твердое тело в данном случае должно обладать достаточной злектропроводностью, что, конечно, ограничивает круг используемых материалов. Преимуществом электролитического травления является возможность регулировать скорость травления путем изменения тока в цепи и прекращать процесс путем его отключения. так называемое ионное травление (один из специфических процессов в микроэлектронике) не связано с использованием жидкостей.

Пластина кремния помещается в разреженное пространство, в котором, невдалеке от пластины, создается тлеющий разряд. Пространство тлеющего разряда заполнено квази- нейтральной электронно-ионной плазмой. На пластину относительно плазмы подается достаточно большой отрицательный потенциал.

В результате положительные ионы плазмы бомбардируют поверхность пластины и слой за слоем выбивают атомы с поверхности, т.е. травят ее1. Аналогичным способом достигается очистка поверхности от загрязнений — ионная очистка. Структура ионна-плазменных установок описана в разделе 6.9. 1 Напряжение, свойственное ионному травлению (2-8 кэн), эначнтельно меньше ускоряющих напряжений при ионной имплантапии, поэтому внедрение ионов в пластину не происходит. 186 Глава 6. Тевкологкчеекке век«вы макро»лектрекккк Ионное травление, как и химическое, может быть общим и локальным.

Несомненным преимуществом локального ионного травления является отсутствие «подтравливания» под маску: стенки вытравленного рельефа практически вертикальны, а площади углублений равны площади окон в маске. Общее преимущество ионного травления заключается в его универсальности (не требуется индивидуального кропотливого подбора травителей для каждого материала), а общий недостаток — в необходимости дорогостоящих установок и значительных затрат времени на создание в них нужного вакуума.

Характеристики

Список файлов книги