Термического окисления

Предприятия, выпускающие РЭА на ИС частного применения, оснащены оборудованием, используемым в электронной промышленности: установки для диффузии, ионного легирования, эпи-таксии и термического окисления, оборудование для термического испарения материалов в вакууме, а также сборки и герметизации ИС, причем участки для производства фотошаблонов обслуживают как цехи ИС, так и цехи ПП.

Сущность ионизационного метода состоит в следующем. При нанесении тонких пленок в вакууме методом термического испарения для контроля параметров технологичес-

Наиболее распространенными методами получения тонких пленок различных материалов в вакууме являются методы термического испарения и ионного распыления.

К процессам термического испарения относится испарение: а) из резистивных испарителей (проволочных, ленточных), включая взрывное испарение с применением вибропитателей; б) из тиглей с радиационным и высокочастотным индукционным нагревом; в) с помощью электронно-лучевых испарителей (за счет сфокусированного луча). К процессам ионного распыления относится: а) катодное (диодная система); б) ионно-плазменное (триодная система); в) с помощью сфокусированных ионных пучков; г) магнетронное.

металлов и их сплавов производят методом термического испарения в вакууме, методом катодного или ионно-плазменного распыления. Пленки окислов металлов получают химическим путем. Металлоокисные резисторы обладают повышенной теплостойкостью.

В книге рассмотрены: основные технологические процессы полупроводникового производства; различные виды механической, химической и электрохимической обработки, изготовление фотошаблонов и процессы фотолитографии, процессы эпитаксии, диффузии, термического испарения в вакууме; методы защиты поверхности структур, сборка и герметизация приборов, типы корпусов, методы измерения параметров и испытания полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Создание омических контактных систем на основе алюминия. Для нанесения пленок алюминия широко применяют метод термического испарения в вакууме (~ 5-Ю-8 Па).

Для уменьшения сопротивления контакта обычно на кремний n-типа электропроводности наносят пленку из золота. Для этого используют метод термического испарения из молибденового тигля в вакууме с последующей термообработкой при 640 — 670 К или метод катодного распыления.

Создание контактных систем на основе других материалов. Формирование на кремнии двухслойной омической контактной системы Ti — Аи производят методом термического испарения или катодного осаждения. Сначала пленку титана наносят термическим испарением титана с вольфрамовой спирали. Для предотвращения окисления титана давление в рабочей камере поддерживают на уровне ~ 10 ~9 Па. После нанесения слоя титана на него методом термического испарения из молибденовой или танталовой лодочки наносят пленку золота. Благодаря хорошей адгезии титана к диоксиду кремния можно создавать контактные системы, распространяющиеся на пленку 8Юг (см. 7.1,6). В качестве проводящего слоя вместо золота можно наносить никель или серебро.

При создании контактных систем Сг — Аи пленки хрома и золота наносятся методом последовательного термического испарения навесок из молибденового или танталового тиглей. После нанесения пленки хрома наносят слой, содержащий хром и золото, а затем пленку чистого золота. Толщина пленки хрома обычно составляет ~ 100 нм, а пленки золота — ~300 нм. Улучшения свойств омической контактной системы Сг — Аи достигают термообработкой при Т= 1170 К.

Соединения элементов ИМС создаются металлизацией. На поверхность ИМС методом термического испарения в вакууме наносится слой алюминия толщиной около 1 мкм. После фотолитографии на поверхности ИМС остаются металлические соединения, соответствующие рисунку схемы. После фотолитографии металл обжигается в среде азота при температуре около 500 °С.

Предприятия, выпускающие РЭА на ИС частного применения, оснащены оборудованием, используемым в электронной промышленности: установки для диффузии, ионного легирования, эпи-таксии и термического окисления, оборудование для термического испарения материалов в вакууме, а также сборки и герметизации ИС, причем участки для производства фотошаблонов обслуживают как цехи ИС, так и цехи ПП.

эпитаксиальных слоев заданной толщины и типа электропроводности. Фотолитография служит для травления окон в пассивирующем слое диоксида кремния на поверхности полупроводниковой пластины, через которые осуществляется локальное легирование полупроводниковой подложки. Диффузия является наиболее широко распространенным методом легирования и представляет собой перемещение атомов примеси в полупроводниковую подложку под действием градиента их концентрации при высокой температуре. В результате диффузии формируются области с различными типами электропроводности, образующие /о-п-переходы. Нанесение тонких диэлектрических пленок производится путем термического окисления поверхности кремниевой подложки или методом осаждения (этим методом наносятся также и металлические пленки).

ров после каждой операции. Предпочтение при этом отдается обобщенным информативным параметрам, содержащим интегральную информацию о структуре, сформированной с помощью последовательно проведенных двух-трех операций. Например контроль напряжения пробоя изолирующего р-л-перехода при изготовлении кристаллов по планарно-эпитаксиальной технологии может характеризовать качество выполнения операций термического окисления, фотолитографии и диффузии.

ку из кремния /?-типа. Путем термического окисления кремния на поверхности подложки формируют тонкую защитную пленку двуокиси кремния ( 3.2, а). После этого способом фотолитографии изготовляют первую

Пленочными называют схемы, нанесенные в виде тонких пленок на изоляционную подложку из стекла или керамики. Термин «тонкие пленки» относится к проводящим, полупроводниковым и непроводящим покрытиям толщиной до нескольких микрометров. В зависимости от назначения тонких пленок и от материала тонкопленочного покрытия применяют методы вакуумного напыления, катодного распыления, электролиза, фотохимического покрытия, печатного, диффузионного, термического окисления и др. В состав пленочных схем входят как пассивные элементы — резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, так и активные элементы — диоды, транзисторы, тиристоры. Для изготовления тонкопленочных резисторов применяют металлы и сплавы металлов с высоким удельным сопротивлением: нихром, никель, тантал. Изменяя площадь тонкопленочного резистора и соотношение его сторон, можно при неизменной толщине пленки получить сопротивление от десятков ом до нескольких килоом с точностью ±2%. Материалом для обкладок конденсаторов в тонкопленочном исполнении служит алюминий или медь, в качестве диэлектрика применяют микропленки из фтористого магния, имеющие диэлектрическую проницаемость около 6,5 при пробивном напряжении ~2-10" в/см.

На основании изложенного можно заключить, что в процессе изготовления биполярных ИМС различные свойства применяемых материалов сочетают так, чтобы можно было избирательно формировать р-п-переходы, выполняющие функции элементов схемы и обеспечивающие надежную изоляцию, а также соответствующие полупроводниковые и металлические слои, выполняющие роль контактных площадок, проводников и пассивных элементов. Решение всех этих задач обеспечивается с помощью определенной последовательности технологических процессов, включающей в себя чередующиеся операции химической обработки поверхности, эпитаксиального наращивания слоев кремния, термического окисления, маскирования поверхности фоторезистом, диффузии примесных атомов для получения слоев с электропроводимостью р- и n-типов, металлизации, нанесения защитного слоя.

Схема установки для термического окисления кремния в кислороде показана на 8.4. Установка состоит из печи сопротивления 5, применяемой обычно для проведения процесса диффузии примеси. Температура в рабочей зоне печи может изменяться в интервале 900—1200 °С при точности поддержания ее на заданном уровне + 1°. В рабочий канал печи помещают реактор 4, выполненный из оптического плавленого кварца. Реактор обычно снабжен шлифом для отделения реакционного объема от внешней среды после загрузки пластин на держатель 3. Со стороны входа реактор соединен с системой подачи кислорода, в которую входят: источник кислорода (обычно сосуд Дьюара с жидким кислородом, снабженный испарителем), осушитель 1 и фильтр 2. В подающую магистраль включены вентили-натекатели для регулирования расхода кислорода и ротаметр для измерения его расхода. Скорость потока газа составляет обычно несколько десятков литров в час.

Из теории термического окисления и многочисленных экспериментальных результатов следует, что скорость роста оксида определяется стадией массопереноса, т. е. скоростью диффузии или дрейфа частиц окисляющего агента или атомов полупроводника через слой оксида. Скорость диффузии при низких температурах может быть увеличена за счет роста градиента концентрации диффундирующих частиц в наращиваемом слое; скорость дрейфа возрастает с ростом ускоряющего поля между поверхностями раздела полупроводник - оксид и оксид — внешняя среда. Оба этих фактора оказывают влияние на механизм роста оксида в кислородсодержащей плазме.

Более современным является анодное окисление кремния, позволяющее формировать диэлектрическую пленку на поверхности кремния почти любой толщины путем выбора режима анодного окисления. В отличие от термического окисления это низкотемпературный процесс, который избавляет от нескольких высокотемпературных обработок, связанных с выполнением термического окисления при формировании масок.

р-типа с помощью фотолитографии проводят селективную диффузию, образующую скрытые коллекторные слои ( 1.5). Затем со всей поверхности кристалла удаляют SiO2, проводят эпитаксиальное выращивание высокоомного кремния р-типа и пластину вновь окисляют. После этого с тех участков кристалла, в которых будут сформированы активные области транзисторов (коллекторная, базовая, эмиттерная), и с омических контактов удаляют SiO2 и покрывают их слоем нитрида кремния Si3N4, который служит маской, предотвращающей термическое окисление указанных областей во время проведения операции изоляции (Si3Ni остается инертным в процессе окисления, поэтому позволяет осуществлять локализованное окисление). Следующий процесс связан с созданием изолирующей диэлектрической пленки, которая получается путем термического окисления, проводимым- на глубину залегания скрытого коллекторного слоя ( 1.5). Это окисление носит селективный характер (участки кристалла под нитридом не окисляются). Термически выращенный толстый слой SiO2 и является изолирующим диэлектрическим слоем. Последующие процессы формирования элементов при изопланарном методе проводятся в той же последовательности, что и при изоляции р-и-переходом.

термического окисления