химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

лектронов, идентифицируют элемент, а по интенсивности испускания судят о концентрации анализируемых атомов. ,

С помощью СОЭ определяют содержание примеси с концентрацией не менее 1018 см-3. Минимально достижимая концентрация составляет 1016 см-3. Последовательно удаляя тонкие слои полупроводника с помощью ионного распыления и проводя СОЭ-ана-лиз, получают профили распределения концентрации примеси по глубине. Высокое разрешение метода обусловлено тем, что оже-злектроны выходят только из глубины 1—5 атомных слоев, т. е. 0,5—3 нм.

Глава 11

ПОЛУЧЕНИЕ СТРУКТУР МЕТОДАМИ ТЕРМИЧЕСКОГО ИСПАРЕНИЯ И ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО РАСПЫЛЕНИЯ

Большое место в полупроводниковой технологии занимают процессы, связанные с нанесением на поверхности структур тонкопленочных покрытий и их. удалением в вакууме. Эти процессы основаны на молекулярно-кинетических явлениях в разреженных газах. Существует два основных метода осаждения тонких пленок: термическим испарением и катодным распылением. При термическом испарении осаждаемое вещество нагревается до температуры ис-

230

парения и его пары конденсируются на подложке. При катодном распылении осаждаемое вещество находится при комнатной температуре и бомбардируется низкоэнергетичными ионами из плазмы газового разряда. Распыленные атомы достигают подложки и конденсируются на ней. Оба метода используют для осаждения проводящих, резистивных и диэлектрических пленок. Качество тонкопленочных покрытий во многом зависит от глубины вакуума в рабочей камере и соотношения потоков молекул остаточного газа и испаряемого вещества на поверхность подложек. При термическом испарении элементов и сплавов используют однотигельные и мно-готигельные-способы. Усовершенствованием катодного распыления является метод ионно-плазменного распыления и его модификации, которые составляют основу так называемой технологии «сухой» обработки полупроводниковых структур, позволяющей исключить применение жидких химических травителей и растворителей при фотолитографической обработке тонкопленочных покрытий. При изготовлении ПП и ИМС термическое испарение и ионно-плазмен-ные процессы используют для создания омических переходов, пассивных элементов тонкопленочных схем, межэлементной изоляции и коммутации. Для оценки качества тонкопленочных покрытий контролируют их толщину и структуру.

§ 11.1. Технологические особенности термического испарения материалов

Термическое испарение производят в глубоком вакууме, поэтому технологический процесс в первую очередь определяется конструкцией вакуумного оборудования.

Схема вакуумной установки для напыления. На рис. 11.1 показана схема вакуумной системы напылительной установки. Она включает рабочую камеру / колпакового типа с объемом до 0,5 м3, в которой размещаются полупроводниковые структуры 2 на планетарном, карусельном или барабанном держателе, испаритель 4 и заслонка 3. Измерение давления до Ю-1 Па производят термопарным манометром, а ниже Ю-1 Па — ионизационным, которые объединены в одном приборе 5. Предварительный вакуум достигается с помощью форвакуумного насоса 9 при закрытом клапане 12 диффузионного насоса // и закрытом кране 10. Краны 8 и 7 открыты. По достижении давления ~ 10 Па кран 7 закрывают и открывают кран 10 и клапан 12, в результате чего осуществляется откачка диффузионным насосом. В случае аварийного отключения форвакуумного

Рис. 11.1. Схема вакуумной установки для напыления

231

насоса срабатывает электромагнитный клапан 5, предохраняя систему от натекания в нее атмосферного воздуха через неработающий форвакуумный насос. Для конденсации паров масла и остаточных газов служит ловушка 6, наполняемая жидким азотом. В настоящее время все шире используют безмасляную откачку с применением турбомолекулярных и гетероионных насосов, позволяющих достигать разрежения до Ю-9 Па.

Типы испарителей. Термическое испарение материалов производят из испарителей косвенного подогрева — проволочных (W, Та), ленточных (Мо, Та) или тигельных (кварц, графит, стекло-графит, керамика). Эти материалы слабо взаимодействуют со многими испаряемыми веществами и не загрязняют молекулярный поток. Форма испарителей зависит от агрегатного состояния испаряемого материала. Порошкообразные вещества испаряют из тиглей и лодочек, что особенно удобно для несмачнвающих материалов. Для испарения крупнозернистых порошков используют проволочные спиральные конические испарители. Если испаряемый металл относится к числу смачивающих, то применяют ленточные или спиральные проволочные испарители. Металл навешивают на них в виде гусариков или навивают тонкой проволочной спиралью. Подложки обычно располагают над испарителем, что предотвращает случайное попадание на них капель расплавленного вещества. Заслонка 3 (рис. 11.1) играет важную технологическую роль, так как позволяет точно контролировать длительность процесса осаждения покрытия и препятствует попаданию на подложки летучих загрязнений, содержащихся в испаряемом веществе, в начальный момент испарения. Для образования равномерного по толщине покрытия карусель и подложки на ней вращаются над испарителем.

Соотношение потоков газа и паров на подложках. При термическом напылении тонкопленочных покрытий между испарителем и подложкой создается направленный поток пара. Чтобы он распространялся в технологической камере беспрепятственно, давление в ней должно быть достаточно малым. Концентрация молекул газа должна быть такой, чтобы столкновения частиц пара с молекулами остаточного газа отсутствовали. Средняя длина свободного пробега молекул газа ?? между двумя столкновениями при Р=Ю-2 Па составляет около 0,5 м. Для многих веществ приблизительно такова же средняя длина свободного пробега молекул пара в газе. Если при этом подложка удалена от испарителя на 10 см, то более чем 80% молекул пара достигает подложки без столкновения с молекулами газа. Это определяется на основании закона ослабления поюка: число частиц N потока пара, прошедших в газе путь ? без столкновений,

/V=/V0exp( — ?/?),

где ?0 —число частиц потока пара; ? = ?? — средняя длина свободного пробега. Поэтому при данных условиях влияние газа на 232

Р, Па к ??, 1/(см2-с) ?„, !/(см3-с)

1 0,5 см 2,8-1018 5,6-1019

ю-2 50 см 2,8-1016 5.6-101&

ю-4 50 ? 2,8-1014 5,6-Ю11

ю-6 5 км 2,8-1012 5,6-10'

поток пара можно не учитывать. При высоких давлениях пара становится существенным взаимодействие молекул пара друг с другом, в частности при Р^Ю-1 Па.

В табл. 11.1 приведены числа столкновений молекул газа со стенкой камеры ??, числа столкновений молекул друг с другом в объеме камеры ?» и средние таблица 11.1 длины пробега ?? для различных давлений.

При давлениях ниже Ю-3 Па преобладают столкновения со стенкой. Однако для анализа влияния давления газа на процесс осаждения вещества важнейшим параметром является не число столкновений с поверхностью, а отношение числа столкновений ?? газа к числу столкновений ?? пара с поверхностью подложки. Отношение числа столкновений со стенкой молекул газа и пара находят с помощью кинетической теории газов. Для газа (воздуха) при Г=293 К

??/??=55,5??/>?/(?),

где Мп —массовое число молекул пара; РГ — давление газа, Па; ак —скорость конденсации, выраженная как скорость нарастания осаждаемого слоя, нм/с; d — плотность испаряемого материала, г/см3. Для алюминия это соотношение имеет вид

vr/vA> = 5,6-102/yaK.

Скорость конденсации при осаждении алюминия обычно составляет 1—100 нм/с. При давлении 2-Ю-2 Па vr/vAi= 10-+0,1. Этот пример показывает, что уже при относительно низком давлении остаточного газа частота столкновений его молекул с подложкой может быть одного порядка с частотой столкновений с нею молекул пара. Судить о влиянии газа на Свойства осажденного слоя только по одному отношению частот столкновений с подложкой нельзя. Вероятность конденсации большинства химически пассивных компонентов газа мала, поэтому даже при сравнимых ? конденсация паров протекает без заметной адсорбции газа. Вероятность адсорбции и конденсации активных газовых компонентов (кислорода, водорода, паров веществ, проникающих в камеру из вакуумных насосов) достаточно велика. В этом случае, чтобы избежать влияния адсорбции газа, добиваются очень низкого значения отношения ??/??. Для этого сильно понижают давление остаточных газов и в первую очередь парциальное давление нежелательных компонентов или задают очень высокую скорость конденсации паров. При осаждении алюминия скорость конденсации доводят до 10 мкм/с, тогда отношение ??/?? при давлении Рг= = 10-1 Па становится менее Ю-2.

Испарение элементов. При испарении вещества, нагреваемого в высоком вакууме, скорость испарения ? (м~~2/с-1), т. е. число

233

частиц, покидающих единицу поверхности испаряемого вещества в единицу времени, определяется уравнением Лэнгмюра:

v = 2,63-1024aPi/y7f,

где а—коэффициент испарения, равный 1 для идеального испарителя; Ря —упругость пара вещества при температуре Т, Па; ? — молекулярная масса, кг/кмоль.

??,?? -

Рис. 11.2. Зависимость давления насыщенных паров (а) н скорости испарения (б) различных элементов от температуры

В единицах массы вещества скорость испарения '

где m — масса молекулы.

Подставляя уравнение Лэнгмюра, получим

0=4,4· 10-4а/>, VmJT,

где Мп — массовое число молекулы пара, а размерность G—¦ г/(см2-с). При большом давлении газа часть испарившихся молекул может возвращаться на испаряемую поверхность. В этом случае эффективная скорость испарения

где ?=0-? — коэффициент передачи. 234

При испарении Си в условиях остаточного давления аргона в камере ??=10-2, 10~', 1, 10 Па, ?=1, 0,95, 0,8, 0,2 соответственно. Уже при давлении газа 1 Па его влияние на скорость испарения становится существенным.

Для расчета скорости испарения необходимо знать давление насыщенного пара при данной температуре.

На рис. 11.2 показаны экспериментальные зависимости давлений насыщенных паров разных элементов и скорости их испарения в зависимости от температуры.

Многотигельное испарение сплавов. При нанесении покрытий из сплавов ме

страница 55
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

Скачать книгу "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем" (3.82Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
прокат экрана и проектора
Рекомендуем компанию Ренесанс - лестницы раздвижные - оперативно, надежно и доступно!
стул изо т
ответственное хранение вещей свао

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(10.12.2016)