1   2   3   4
Ім'я файлу: СРС1.docx
Розширення: docx
Розмір: 505кб.
Дата: 14.09.2020
скачати
Тема №9

Реактивне катодне розпилення оксиду кремнію.

Цей метод розпилення використовується для одержання плівок SiO2 або Si3N4, Al2O3, ZnO та інших діелектриків на кремнії або германії. Іонами, що розпорошують перераховані вище діелектрики, єпозитивні іони важких інертних газів (криптону, аргону). В методі реактивного катодного розпилення іони кисню беруть участь у процесі окислювання атомів кремнію (чи інших елементів, наприклад, алюмінію, цинку), що розпилюються(при окислюванні). Плівки, як правило, аморфні, низькоїякості.

Катодне розпилення. В цьому методі використовується таке ж обладнання, що і в методі термічного напилення (за винятком випарника). При накладенні достатньо високого електричного поля на газовийпроміжок, що містить нейтральні гази, наприклад, аргон при зниженомутиску (10-2-10-1мм

81рт. ст.), у ньому виникає тліючий розряд. Позитивні іони аргону з енергією 0,1-10 кеВ, що утворюються при цьому, розганяючись полем, вдаряються об катод, розпиляючи його матеріал (вириваючи електрони, іони (не більше 1%) та нейтральні атоми). На навколишніх деталях, в тому числі і на підкладці осаджуються окремі нейтральні атоми, що вилітають із катоду. Завдяки великій енергії атомів (3-5 еВ) адгезія їх до підкладки значно вища, ніж для плівок, отриманих внаслідок випаровування.

Розпилення – це процес, у якому атоми або молекули видаляються у вакуумі з поверхні матеріалу джерела (мішені) за рахунок бомбардування іонами з надлишковою енергією приблизно від 30 еВ до приблизно 2 кеВ. Такі атоми (або молекули), що вириваються з поверхні матеріалу мішені, осаджуються на поверхню підкладки і утворюють тонкий плівковий шар. Тонка плівка, що осаджується, повільно зростає за рахунок окремих частинок, що досягають поверхні з достатньою кінетичною енергією.

При такому процесі отримують шари з високою ступінню однорідності, оскільки атоми, що осаджуються, за рахунок руху рівномірно розподіляються по поверхні.

Імовірність проникнення атомів іншого походження дуже мала, оскільки процедура реалізується при відносно низьких температурах у порівнянні з тими, що необхідні для осадження методом випаровування речовини у вакуумі, а матеріал мішені перед використання проходить процедуру очищення. Такий процес дає можливість отримати високоякісні оптичні плівки з втратами випромінювання порядку 1 дБ/см.

Реактивне катодне розпилення відбувається в тліючому розряді суміші інертного і активного газів. Частинки розпорошеного катода хімічно взаємодіють з активним газом або утворюють з ним тверді з'єднання, і нова речовина потрапляє в основу. Щоб процес утворення речовини плівки, яка наноситься, не проходив на катоді, що дуже ускладнює горіння розряду, застосовують суміші аргону з вмістом активних газів не більше 10%.

Для отримання плівок оксидів розпилення проводять в плазмі аргон-кисень, нітрид - в плазмі аргон-азот, карбідів в плазмі аргон-чадний газ або аргон-метан. При введенні в камеру різних активних газів, отримують плівки різних сполук, які практично неможливо отримати термовакуумного напиленням.


Тема №10

Технологічні особливості епітаксії напівпровідникових з’єднань типу АІІІВV.

Епітаксія - це процес нарощування на кристалічній підкладці атомів впорядкованих в монокристалічну структуру, причому структура нарощуваної плівки повністю повторює кристалічну орієнтацію підкладки. Основна перевага техніки епітаксії полягає в можливості отримання надзвичайно чистих плівок при збереженні можливості регулювання рівня легування.

В наш час існують два основні технологічні методи епітаксії, що дозволяють формувати багатошарові структури з надтонкими шарами . Це газофазна епітаксія та молекулярно-променева (вакуумна) епітаксія.

Перевагами газофазної епітаксії є, по-перше, досить велика швидкість протікання процесу, по-друге, забезпечення зміною компонентів легування різних матеріалів, по-третє, одержання досить товстих шарів і т.д .

Силановим методом газофазної епітаксії є одержання шарів товщиною 0,3 мкм.

Недоліком газофазної епітаксії є висока температура технологічного процесу, яка приводить до дифузії домішок з пластини в плівку, що росте. Крім того, зворотність реакцій відновлення вимагає високої точності підтримання режиму осадження шару плівки .

Переваги методу молекулярно-проміневої епітаксії – це низька температура процесу. Зниження температури процесу зменшує дифузію домішки з підкладки і автолегування. Це дозволяє одержувати якісні тонкі шари. Перевагами даного методу є також висока точність управління рівнем легування. Легування при використанні даного методу є безінертним, що дозволяє одержувати складні профілі легування.

Метод молекулярно-променевої епітаксії перспективний для твердотільної електроніки створення НВЧ-приладів і оптичних твердотільних приладів і схем, в яких істотну роль грають шаруваті структури субмікронних розмірів. При цьому особливе значення надається можливості вирощування шарів з різним хімічним складом.

Арсенід галію (GaAs) - кристалічна речовина із кристалічною ґраткою типу алмазу.Прямозонний напівпровідник із шириною забороненої зони 1.424 еВ. Широко використовується для створення напівпровідникових пристроїв, багатошарових структур, квантових точок, дротин й ям.Належить до класу інтерметалічних сполук елементів ІІІ і V груп періодичної системи елементів, скорочено - сполуки AIIIBV (англ. III-V Compounds).

Арсенід галію має кубічну гранецентровану ґратку типу ґратки цинкової обманки.Галій - елемент рідкий. Його одержують як побічний продукт при виробництві Аl або Zn. За допомогою стандартної процедури очищення можна одержати галій 99,99999% чистоти. У рідкому стані при високих температурах Gа реагує з кварцом, що приводить до появи домішок у GаАs, вирощеному в кварцових тиглях. Галій вважають токсичним елементом. Арсенід галію отримують, сплавляючи чисті арсен (As) і галій (Ga) у кварцевій колбі при температурі близько 1240° C при тиску пари близько 1000 ГПа. Кристали ростуть із зародків, що утворюються самодовільно.Для отримання монокристалів використовують також методи направленої кристалізації (горизонтальний метод Бріджмена), витягування з розплаву (метод Чохральського) і зонної плавки.Тип провідності й рухливість носіїв заряду в кристалах залежить від концентрації домішок, що залишаються при виготовлені. Найважливішими з них є кремній та мідь, які переходять в арсенід галію з кварцу (кремній) і тигелів чи ампул (мідь). Кремній є донором, тому здебільшого отримані кристали мають n-тип провідності.

Основні труднощі при вирощуванні GаAs являє собою та обставина, що він розкладається в процесі нагрівання. Тому тиск пар Аs повинний бути обраний так, щоб воно могло підтримувати постійним стехіометричну сполуку розплаву. Ще одні труднощі складаються в хімічній активності Gа й Аs, що реагують з матеріалом тигля. Нарешті, у процесі затвердіння GаAs розширюється, що може привести до виникнення великих напруг у кристалі під дією стінок тигля.
Існують два основних методи вирощування об'ємних монокристалів: витягування з розплаву (метод Чохральского) і контейнерна зонна плавка.

Метод Чохральского дозволяє постійно спостерігати за ростом монокристала. Крім того, у цьому методі кристал GаAs не стискується стінками тигля. Висока ефективність і гарна якість кристала зробили цей метод найбільш розповсюдженим. Ще одним його перевагою є те, що кристалографічна орієнтація одержуваного кристала визначається кристалографічною орієнтацією запалу.Схема витягування кристала показана на рис.1.2. Установка повинна бути захищена від вібрацій і забезпечувати можливість установлення малих швидкостей витягування, аж до 0,1 мм/ч.

Цей метод складається в покритті розплаву оксидом бора. У його грузлій склоподібній оболонці Gа й Аs фактично нерозчинні. Тиск у камері росту піднімається до значень, що перевершують тиск дисоціації. Витягування здійснюється при пропущенні затравочного кристала через шар оксиду бора, причому сам ріст відбувається на границі роздягнула двох рідин. Крім того, на поверхні зростаючого кристала залишається тонка плівка, що запобігає випарові з затверднутого стержня.

Зручним методом для одержання настільки чистого GаАs є осадження з парової фази, оскільки його можна робити при низькій температурі, так що проникнення домішок з контейнера при епітаксії виявляється меншим, чим при вирощуванні з розплаву.Методом молекулярно-променевої епітаксії одержані квантові крапки InCaAs і InSb на пористому CaAs . В результаті нітризації пористих підкладок CaAs одержано тонкі плівки CaN кубічної і гексагональной модифікації залежно від орієнтації підкладки GaAs. Таким чином, область досліджень і застосування експериментальних зразків CaAs останнім часом різко зросла.

Для створення гетероструктур матеріалів АIIIВV на підкладках GаАs, призначених для виготовлення високоякісних приладів, були розроблені складні методи вирощування епітаксіальних плівок. Оптичні властивості таких гетероструктур відкривають перспективи створення на одному кристалі GаАs елементів цифрових, надвисокочастотних і оптичних пристроїв .

Однак маються причини, що утрудняють практичну реалізацію тих переваг, що може дати застосування GаAs у технології мікроелектроніки. Визначений недолік арсеніду галію полягає в тім, що він є двох-компонентною сполукою. У зв'язку з цим приходиться знижувати максимальні температури під час технологічних процесів, запобігаючи тим самим дисоціацію сполуки поверхні структур. Легування за допомогою процесу дифузії, що знайшло широке застосування при виробництві кремнієвих приладів, виявилося практично неприйнятним при переході до GаAs. В арсеніду галію не існує і стабільного, легко формованого природного окислу, можливість одержання якого в кремнію з'явилася важливим фактором при створенні технології виробництва кремнієвих МОН-транзисторів. Поверхня GаАs більш сприйнятлива до впливу різних хімічних речовин, використовуваних у технологічних процесах, що вимагає в ряді випадків розробки нового підходу до реалізації цих процесів. Крім того, GаАs досить тендітний матеріал і підданий руйнуванню при технологічній обробці.
Переваги, що дає використання GаАs при створенні деяких типів приладів, стимулювали розширення його застосування протягом декількох останнього років незважаючи на необхідність рішення ряду непростих проблем. Завдяки зусиллям багатьох лабораторій і фірм в усім світі в даний час спостерігається прискорення досліджень і розробок, а в ряді випадків і виробництва приладів на GаАs.

Дана глава присвячена історії розвитку технології створення швидкодіючих і високочастотних приладів на GаАs і дослідженню найбільш важливих властивостей GаАs і аналогічних матеріалів. Обговорюються властивості дискретних приладів на GаАs, насамперед перспективних для застосування в ІС. Найбільш важливим класом приладів у цьому відношенні є польові транзистори, створення й удосконалювання яких є однієї з основних задач в області розробки технології виготовлення приладів на GаАs. Успіхи, досягнуті в удосконалюванні процесів епітаксіального росту плівок для готування вихідних матеріалів і структур, дозволили значно поліпшити якість останніх і розробити новий підхід до створення приладів на їхній основі. У даній главі оцінюються перспективи і переваги використання такого підходу стосовно до розробки інтегральних схем.

Тема №11

Фотошаблони і способи їх отримання

Фотолітогра́фія — метод отримання трафарету на тонкій плівці матеріалу, широко використовується в мікроелектроніці і в поліграфії. Один з основних процесів планарної технології при виробництві напівпровідникових приладів.

Для отримання відбитку використовується світло певної довжини хвилі. Мінімальний розмір деталей малюнку — половина довжини хвилі (обмежується дифракцією світла).

Принципова відмінність фотолітографії від інших видів літографії полягає у тому, що експонування проводиться видимим або ультрафіолетовим випромінюванням, тоді як в інших видах літографії для цього використовується рентгенівське випромінювання, потік електронів, потік іонів, жорсткий ультрафіолет тощо.

Фотошаблон - скляна або інша пластина або полімерна плівка зі сформованим на її поверхні малюнком елементів схем з матеріалу, що не пропускає актинічного випромінювання.

Фотошаблон є одним з основних інструментів при створенні заданого рельєфного захисного покриття при проведенні фотолітографії в планарної технології. Залежно від матеріалу плівкового покриття розрізняють фотошаблони на основі:

  • Фотографічної емульсії (емульсійні фотошаблони)

  • Металевої плівки (металеві фотошаблони)

  • Окису заліза (кольорові фотошаблони)


Типи фотошаблонів

Негативний фотошаблон (темнопольний) - фотошаблон, на якому зображення елементів схеми представлено у вигляді світлих ділянок на непрозорому фоні.

Позитивний фотошаблон (світлопольний) - фотошаблон, на якому зображення елементів схеми представлено у вигляді непрозорих для актинічного випромінювання ділянок на світлому прозорому тлі.

Металізований фотошаблон - фотошаблон, на якому зображення елементів схеми сформовано тонкою металевою плівкою.

Транспарентний (кольоровий) фотошаблон - фотошаблон, на якому зображення елементів схем сформовано покриттям, що не пропускає актинічного випромінювання і пропускає неактинічне (видима область спектра) для фоторезиста випромінювання.

Емульсивний фотошаблон - фотошаблон, на якому зображення елементів схеми утворено галоїдо-срібною фотографічної емульсією.

Для одержання комплекту фотошаблонів - набору стекол із суміщенням множинних зображень, що мають малі розміри елементів і велику загальну площу - застосовуються три методи (або їх поєднання): оптико-механічний, об'єднуючий проекцію малої площі з послідовною високороздільною мультиплікацією і заснований на застосуванні фотоповторювачів; сканування, у якому використовуються модулюючі по тривалості або амплітуді світлові або електронні пучки; растровий, який здійснюється за допомогою лінзових, дзеркальних або голографічних растрових пристроїв. В даний час оптико-механічний метод найбільш розповсюджений [3,4]. Розглянемо загальну схему процесу виготовлення комплекту фотошаблонів і сучасне устаткування для його здійснення.

При організації процесу доцільно виділити два види інформації: основну - про топологію структур і додаткову (або вторинну) - про тип шаблонів, мультиплікацію, порядок контролю і т.д. Схема виготовлення фотошаблонів приводиться.

Спочатку розробляється технічне завдання на комплект фотошаблонів. Формується основна і додаткова інформація, причому остання грає досить важливу роль. До неї відносяться:

1. Указівки про тип шаблонів - із прозорими елементами на темному полі або з темними елементами на світлому. Такий розподіл має значення як для зменшення і мультиплікації (оскільки від типу шаблона будуть залежати умови експонування), так і для контролю шаблонів. При контролі важливо знати тип фотошаблона, тому що ним визначається характер небезпечних дефектів. Наприклад, фотошаблон для створення бази транзистора представляє прозорі вікна на темному полі і небезпечними дефектами є непрозорі острівці хрому.

2. Інформація про мультиплікацію. Крім кількості мультиплікативних структур позначаються пропуски структур, що полегшують суміщення і контроль, а також будь-які інші неперіодичні зображення.

3. Контрольна інформація, яка поділяється на два види. Один вид (задаючий) показує, яким чином виконуються помітки суміщення й обов'язкові для складних приладів тестові структури, що дозволяють перевіряти роздільну здатність фотолітографії, технологічні параметри (поверхневий­ опір, дефекти окисла) і електричні параметри пристрою. До другого виду відносяться вказівки про методику і критерії контролю характеристик виготовлених шаблонів: розмірів, сумісності, критичних областей, дефектів і т.д.

Наступною стадією є виготовлення оригіналів, що здійснюється в основному за допомогою ручних і автоматичних координатографів. Прагнення підвищити швидкість виготовлення складних оригіналів привело до того, що звичайні методи вирізки замінилися фотографічними. Прикладом реалізації фотографічного методу служить автоматичний координатограф, у якому пучок світла малює зображення на фотопластині або лазерний пучок випалює зображення в тонкоплівковому покритті.

Існують два фотографічних методи створення проміжного зображення [3]: фотонабірний метод і метод сканування модулюючим пучком світла. Фотонабірний генератор зображень містить наступні основні вузли:

- джерело освітлення з ртутною лампою надвисокого тиску;

- діафрагма змінюваної конфігурації, наприклад у виді пелюстків, що сходяться, які утворюють прямокутні отвори різного розміру (до 65 тис. варіантів), діафрагма може також повертатися на 90° (з дискретним кроком, наприклад, 0,2°) відносно центра;

- високоякісний об'єктив, що проектує зі зменшенням в 10 разів отвір діафрагми на фотопластинку;

- координатний стіл, що переміщається по двох осях з високою точністю (порядку ±0,5 мкм); переміщення столу здійснюється серводвигунами й керується лазерними інтерферометрами;

- керуюча ЕОМ, у яку вводиться програма послідовної роботи генератора, що містить наступні основні операції: установлення довжини, ширини і кута повороту діафрагми; установлення координати однієї з крапок елемента зображення; переміщення по осях і поворот столу; експонування.

Ще більшої продуктивності дозволяє досягти генератор зображень зі скануючим променем. В одному з можливих варіантів такого генератора промінь гелій-неонового лазера модулюється по визначеній програмі, потім попадає на обертове десятигранне дзеркало і фокусується в площині фотопластинки. Грань дзеркала розвертає світлову пляму в лінію, відбувається зрушення столу з фотопластинкою і наступна грань створює нову лінію, що перекривається частково з першою. Конфігурація зображення, що виходить, визначається тривалістю світлових імпульсів, числом оборотів дзеркала і швидкістю переміщення столу. За допомогою такого генератора проміжний фотошаблон середньої складності створюється за 10-12 хвилин замість 24 годин, необхідних при роботі з автоматичним координатографом .

Мультиплікація здійснюється за допомогою фотоповторювачів, що представляють собою сумісність високороздільної редукційної камери (або декількох) з точним координатним столом. Для мультиплікації також потрібні об'єктиви дуже високої якості, але з трохи різними характеристиками. Для досягнення гранично високої здатності (більш 1000 ліній/мм) робоче поле об’єктива приходиться зменшувати; в більшості випадків його діаметр не перевищує 4-8 мм.

Тема №12

Методи розрахунків іонно - імплантованих структур.

Іо́нна імпланта́ція — спосіб введення атомів домішок у поверхневий шар пластини або епітаксіальної плівки шляхом бомбардування його поверхні пучком іонів домішки з високою енергією (10-2000 кеВ).

Іонізація атомів домішки, прискорення іонів та фокусування іонного пучка виконується у спеціальних установках типу прискорювачів частинок у ядерній фізиці.

Іонна імплантація використовується при створенні напівпровідникових приладів методом планарної технології. Її також застосовують як метод легування металів для зміни їх фізичних і хімічних властивостей (підвищення твердості, зносостійкості, корозійної стійкості тощо).

Загальний опис процесу

Пучок позитивно заряджених іонів домішки у іонно-променевому прискорювачі бомбардує кристал напівпровідника. Проникаючи у кристал, домішка легує його і разом з тим викликає утворення радіаційних дефектів, погіршуючи тим самим його електрофізичні параметри. Розподіл концентрації атомів домішки у кристалі описується кривою Гауса, основним параметром якої є пробіг прискорених іонів. Глибина заглиблення іонів залежить від їх енергії та маси. Концентрація домішки в імплантованому шарі залежить від густини струму в іонному пучку і часу проведення процесу (експозиції). При невеликих дозах опромінення радіаційні дефекти не змінюють кристалічної структури напівпровідника, тоді як великі дози опромінення домішковими атомами призводять до аморфізації кристалу. Для усунення дефектів і впорядкування кристалічної ґратки кремнію виконують віджиг кристалу при температурі 500—800 °C.

Іонно-променевий прискорювач

Іонно-променевий прискорювач складається з таких основних блоків: джерела іонів, джерела високої напруги, прискорюючої трубки, магнітного сепаратора, системи фокусування пучка іонів, приймальної камери і вакуумної системи відкачки.

Джерела іонів

Робочі речовини для отримання іонів можуть знаходитися в газоподібному, твердому і рідкому станах. Для отримання іонів O+, Ne+, Ar+, F+, Cl+ використовують відповідний газ, що надходить до вакуумної камери джерела іонів. Широко застосовують рідкі речовини, особливо хлориди BCl3, BBr3, PCl3, CCl4, SiCl4, які добре випаровуються при кімнатній температурі.

Застосування

Легування напівпровідників

Іонне легування широко застосовується при створенні напівпровідникових мікросхем та транзисторних приладів. На відміну від дифузії, іонне легування дозволяє створювати шари з товщиною меншою 0,1 мкм з високою відтворюваністю параметрів.

Іони елементів, які використовуються зазвичай для створення домішкової провідності, проникаючи у кристал напівпровідника, займають у його ґратці положення атомів заміщення і створюють відповідний тип провідності. Легуючи в монокристал кремнію іони III і V груп, можна отримати p-n перехід в будь-якому місці і на будь-якої площі кристалу.
При виготовленні біполярних транзисторів іонну імплантацію використовують для отримання емітера, бази, колектора, сильнолегованих областей для колекторного і базового контактів, розподільної дифузії, прихованих n+-шарів тощо.

Застосування в металургії

Іони азоту застосовуються для зміцнення поверхні сталевих ріжучих інструментів (фрези, свердла та ін). Імплантація цих іонів запобігає утворенню тріщин на поверхні металу і зменшує коррозійні та фрикційні властивості сталі, що є важливим у медицині при виготовлення протезів, авіа- і космобудованні.

Технологія іонної імплантації дозволяє обробляти робочі лопатки парових турбін розміром до 1700 мм.

Іонна імплантація використовується як один з методів для надання верхньому шару металу аморфної структури.
1   2   3   4

скачати

© Усі права захищені
написати до нас