Получаемая при окислении пленка SiO2 выполняет следующие функции:
защита поверхностей вертикальных участков p-n переходов, выходящих на поверхность;
маски, через окна которой вводится необходимые примеси при легировании;
тонкого диэлектрика под затвором МОП транзистора;
для межслойной изоляции разводки;
Рис. 4. Схема МОП-транзистора
Методы получения слоев SiO2:
Получаемые слои SiO2 совершенны по равномерности толщины и структуре, а также обладают высокими диэлектрическими свойствами.
Существует две основные разновидности метода термического окисления кремния:
1) высокотемпературное окисление в атмосфере сухого кислорода или водяного пара при атмосферном давлении;
2) окисление в парах воды при высоком давлении и температуре 500¸800°С;
Процесс окисления кремния происходит в три этапа:
1) адсорбция окислителя поверхностью пластины, покрытой оксидом;
2) перенос окислителя через оксидный слой SiO2;
3) реакция окислителя с кремнием на границе Si - SiO2;
Толщина оксидной пленки определяется по формуле:
, где
k – коэффициент, зависящий от температуры и влажности кислорода;
t – время;
Особенности:
окисление при сухом кислороде в десятки раз медленнее влажного;
с уменьшением температуры на каждые 100° время окисления повышается в 2¸3 раза;
Различают толстые (0,7¸0,8 мкм) и тонкие (0,1¸0,2 мкм) слои.
Рис. 5. Однозонная высокотемпературная печь
В промышленности выполняется комбинированное окисление: сначала выращивается тонкий слой SiO2 в сухом кислороде, толстый слой SiO2 во влажном, а затем снова в сухом.
Недостатки метода термического окисления – трудноуправляемые физические явления:
возникновение зарядов в слое оксида;
невысокая стойкость к проникновению водяных паров и ионов щелочных металлов;
малый коэффициент теплопроводности;
Дальнейшим совершенствованием метода является освоение новых материалов. Одним из перспективных материалов является Si3N4.
Преимущества:
материал обладает лучшими маскирующими и защитными свойствами в меньших толщинах из-за более высокой плотности и термостойкости;
высокая скорость нанесения (до 10нм/мин);
электрическая прочность выше чем у SiO2 (107 В/см);
Для получения слоев используются методы:
1) осаждение продуктов при протекании реакции взаимодействия силана кремния (Si3N4) c аммиаком или гидразином (N2H4);
2) нанесение реактивным катодным распылением; высокочастотным реактивным распылением в плазме азота; плазмохимическим осаждением Si в присутствии азота.
Литография
Литография – процесс создания защитной маски на поверхности полупроводникового кристалла, необходимой для локальной обработки при формировании интегральной структуры И.C. по планарной технологии.
В зависимости от длины волны применяемого облучения различают:
оптическую/ультрафиолетовую литографию (l=100¸450 нм);
рентгеновскую литографию (l=0,1¸1 нм);
электронную литографию (l=0,1 нм);
ионно-лучевую литографию (l=0,05¸0,1 нм).
Варианты методов литографии в зависимости от способов получения топологических конфигураций на шаблоне и поверхности полупроводниковой пластины приведены на рис. 6.
Ведущую роль в технологии ИС занимает фотолитография (см. главу 2). Разрешающая способность УФ фотолитографии характеризуют часто значением D - минимальной шириной линии, мкм. Принципиальным физическим фактором, ограничивающим D, является дифракция УФ-излучения, не позволяющая получить D меньше длины волны l. На практике D может быть более l по ряду причин, например, из-за рассеяния УФ-излучения в фоторезисте при экспонировании, набухания фоторезиста при проявлении и его последующей усадки при высушивании, несоответствия размеров отверстий в фоторезистивной и основной масках.
Литография с разрешающей способностью D<<1 мкм, необходимая для создания ИС с высокой степенью интеграции, основывается на применении излучений с меньшей длиной волны, чем в фотолитографии.
Электронолитография
Метод основан на нетермическом взаимодействии электрона с электронорезистами. Электронорезист – полимерный материал, который изменяет свои свойства при взаимодействии с электроном.
На практике наибольшее распространение получила – обработка сфокусированным пучком электронов (сканирующая ЭЛ) и электронная проекция всего изображения (проекционная ЭЛ) на пластину с электронорезистом.
Методом достигается формирование топологических конфигураций с размерами элементов 0,1…0,2мкм. (Теоретически возможно получить 0,1нм). Особенность ЭЛ- отсутствие необходимости оригинала топологии в увеличенном масштабе.
Рентгенолитография
Метод основан на взаимодействии характеристического рентгеновского излучения (l = 0,1¸10нм) с рентгенорезистом, приводящим к изменению их свойств - увеличение или уменьшение стойкости к проявителям.
Проекционный метод (1:1): шаблон состоит из кремниевой подложки, тонкой мембраны из, пропускающей рентгеновское излучения и слоя материала (хром, золото) хорошо поглощающего рентгеновское излучение. Зазор между шаблоном и пластиной составляет порядка 3¸10 мкм, время экспонирования – 1 сек ¸ 20 мин.
Достоинства - высокая разрешающая способность, отсутствие влияния загрязнений, большой срок службы шаблона, относительная простота оборудования.