Термическое окисление полупроводниковых пластин




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.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-07-22 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: