КР ПиПИИЭ
.pdfМинистерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
Контрольная работа
по дисциплине «Производство и проектирование изделий
интегральной электроники»
Вариант № 15
Выполнил: Студентка 5-го курса заочного отделения группы Ромашкина А.П.
Гр. 990241
Минск, БГУИР 2023
|
Содержание |
|
1. |
Технология формирования слоев MoSi2......................................................... |
4 |
2. |
Маршрутный процесс формирования комплементарной |
транзисторной |
структуры ................................................................................................................. |
7 |
|
Литература ............................................................................................................... |
9 |
1.Технология формирования слоев MoSi2
В настоящее время силициды достаточно широко используются в различных сферах науки и техники для реализации специальных технологических процессов или создания изделий с особыми свойствами [1].
Наибольшее распространение сегодня получили дисилициды тугоплавких металлов, в частности молибдена [2]. Материалы на их основе составляют достойную конкуренцию специальным сплавам, интерметаллидам, керамикам. Это обусловлено рядом преимуществ силицидных материалов: высокой жаростойкостью и термической стойкостью, сохранением достаточных механических характеристик в широком интервале температур, более высокой проводимостью, совместимостью операции получения силицидов с общей технологией изготовления конечных изделий. Сравнительно новым является использование силицидов в технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Наряду с широким применением силицидов благородных металлов (Pt, Pd) силициды тугоплавких металлов (MoSi2, TiSi2, WSi2) также используются в качестве электродов затворов и межсоединений
втехнологии интегральных микросхем, содержащих транзисторные элементы, построенные на переходах в системе металл-окисел-полупроводник (МОП-транзисторы).
Пленки тугоплавких металлов недостаточно устойчивы к высокотемпературной обработке в окисляющих средах, а также к воздействию химических реактивов, обычно применяемых при изготовлении интегральных схем.
Силициды тугоплавких металлов лишены перечисленных недостатков и поэтому более перспективны в технологии производства интегральных схем. В последнее время силициды заменяют поликристаллический кремний при
производстве МОП-схем, поскольку удельное сопротивление WSi2, MoSi2, TiSi2 на порядок ниже величины удельного сопротивления поликристаллического Si, и силициды могут окисляться до образования
непрерывного изолирующего слоя SiO2.
Молибден традиционно считается достаточно неудобным материалом при изготовлении приборов. Это объясняется большим различием коэффициентов термического расширения этого металла и кремния, что приводит к образованию микротрещин или отслаиванию. Тем не менее,
дисилицид молибдена MoSi2 широко используется в разработках запоминающих устройств и других элементов. Высота барьера Шоттки между молибденом и кремнием относительно низкая (~0,63 эВ), а наиболее легкоплавкая эвтектика, согласно равновесной диаграмме, состояния все же достаточно высокотемпературная (1400 °C между молибденом и дисилицидом, рис. 1), именно поэтому дисилицид молибдена представляет собой интерес в силовых приборах, где имеют место высокие температуры.
Рисунок 1 – Фазовая диаграмма кремний-молибден [5].
Жаростойкость силицидных покрытий в окислительных средах объясняется их способностью к пассивированию за счет формирования поверхностной окисной пленки. Качество этой пленки – ее сплошность, плотность, малый коэффициент диффузии кислорода и способность к самозалечиванию – определяют защитные свойства силицидных покрытий [3]. Существенное значение имеет также способ нанесения покрытия.
Согласно диаграмме состояния молибден-кремний (рис. 1) в этой системе присутствуют три соединения: дисилицид молибдена MoSi2, низшие силициды молибдена Mo5Si3 и Mo3Si.
Растворимость кремния в твердом молиб-дене составляет 3,35 ат.% при 2093 K и 9 ат.% при 2298 K. Область твердых растворов на основе соединения Mo3Si практически отсутствует.
В системе реализуется три эвтектики:
–Mo3Si-Mo5Si3 при 26,4 ат.% кремния и температуре 2293 K;
–Mo5Si3-MoSi2 при 54 ат.% кремния и температуре 2173 K;
–MoSi2-Si при 98,5 ат.% кремния и температуре 1673 K.
Область гомогенности MoSi2, полученного методом диффузионного насыщения в вакууме, может составлять несколько процентов и имеет тенденцию к увеличению с повышением температуры силицирования. Перепады концентрации элементов составляют: для Si = 2,52 ± 0,5%; для Мо = 2 ± 0,5%.
Дисилицид молибдена МоSi2 претерпевает аллотропическое превращение в температурном интервале 1850 – 1900 °С [4] (по некоторым данным 1700 – 1850 °С [6]).
Низкотемпературная разновидность -МоSi2 имеет объемноцентрированную тетрагональную структуру, структурный тип C11b, пространственная группа D174h-I4/mmm, параметры решетки a = b = 0,3202 нм, c = 0,7852 нм, c/a = 2,452, а расстояние между внутренними слоями атомов кремния составляет 0,2618 нм.
Низкотемпературная форма -MoSi2 в элементарной ячейке содержит 2 атома молибдена и 4 атома кремния. Атомы Si образуют каркас, в пустотах которого располагаются атомы Мо.
Высокотемпературный -МоSi2 имеет гексагональную структуру с параметрами: а = 0,4642 0,0005 нм, с = 0,6529 ± 0,0005 нм, с/а = 1,406,
пространственная группа D46h-P6222. Граница МоSi2 со стороны Мо расположена при 67 ± 1,0 % (ат.) [8].
Вдисилициде связь между Мо и Si гораздо сильнее, чем между Si и Si [7].
Внастоящее время используются две основные промышленные технологии
получения пленок силицидов. Первая - напыление чистых металлических пленок на поверхность Si с последующим высокотемпературным отжигом (до 1000°С), приводящим к получению силицидных слоев. Однако при использовании этой технологии в производстве сверхбольших интегральных схем (СБИС) с субмикронными размерами возможно возникновение проблем, связанных с деградацией мелкозалегающих р-n переходов из-за диффузии атомов примеси в пленку силицида при отжиге и, как следствие, увеличения контактного сопротивления. Вторая технология - магнетронное распыление мишеней, изготовленных из силицидов. Для изготовления таких мишеней обычно используется технология порошковой металлургии, в результате чего возможно неконтролируемое загрязнение распыляемых мишеней и ухудшение электрофизических свойств получаемых пленок. [9]
2.Маршрутный процесс формирования комплементарной транзисторной структуры
|
Операция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Топология |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оборудование |
|||||||||
Окисление |
под |
нитрид |
(SiO2): |
|
|
B+ |
|
B+ |
|
|
B+ |
|
B+ |
|
|
|
B+ |
|
|
B+ |
|
Оксид-3, |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Т=8500С, пирогенное; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УНЭС-100, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Нанесение нитрида кремния (Si3N4); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фоторезист |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лада-150М, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р - карман |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Фотолитография “Карман”, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плазма-НД, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ПХТ нитрида; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Р- подложка КДБ12(100) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Везувий-8 |
||||||||||||
Ионное легирование бором. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Отжиг: 10500С, N2; |
10000С, |
|
|
Р+ |
|
Р+ |
|
Р+ |
|
Р+ |
|
|
|
Р+ |
|
Р+ |
|
СДОМ, |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
Окисление |
(маскирующее): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КУБОК, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
пирогенное; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Везувий-8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Снятие нитрида кремния; |
|
|
|
|
|
|
|
р - карман |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ионное легирование фосфором. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Р- подложка КДБ12(100) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Разгонка кармана: 12000С; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оксид-3, |
||
Снятие окисла, |
окисление |
под |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КУБОК, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
нитрид, нанесение нитрида кремния, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лада-150М, |
|||||
фотолитография |
“Разделение”, |
ПХТ |
|
|
|
|
|
|
р - карман |
|
|
|
|
|
|
|
п - карман |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плазма-НД |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
нитрида кремния. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Фотолитография “Р-охрана”; |
|
|
|
|
|
В+ |
|
|
|
В+ |
|
В+ |
|
|
|
В+ |
|
|
|
|
В+ |
|
|
|
Лада-150М, |
||||||
Ионное легирование бором. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Везувий-8 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фоторезист |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р - охрана |
р - карман |
п - карман |
|
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
|
|
Отжиг: 10500С, N2 + 10500С, О2; |
|
|
|
|
|
|
СДОМ |
|
Локальное окисление: 8500С; |
|
р - охрана |
|
|
|
КУБОК |
||
Снятие нитрида кремния. |
|
|
р - карман |
|
п - карман |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
СДОМ |
||
Окисление |
предварительное: |
В+ |
В+ |
В+ |
В+ |
В+ |
В+ |
|
Т=8500С, пирогенное; |
|
|
|
|
|
|
Везувий-8 |
|
Ионное легирование бором во всю |
|
|
|
|
|
|
||
|
р - охрана |
|
|
|
|
|||
поверхность. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
р - карман |
|
п - карман |
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
||
Фотолитография |
“Подлегирование |
В+ |
|
В+ |
|
В+ |
В+ |
Лада-150М, |
канала”; |
|
|
|
|
|
|
|
Везувий-8 |
Ионное легирование бором. |
|
|
|
|
Фоторезист |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
р - охрана |
|
|
|
|
|
|
|
|
р - карман |
|
п - карман |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
|
|
|
Окисление под затвор: 8500С, |
|
|
|
|
|
|
СДОМ, |
|
пирогенное; |
|
|
|
|
|
|
|
УНЭС-100, |
Нанесение поликремния; |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
СДОМ, |
||
Диффузия фосфора: 8500С; |
|
|
|
|
п - карман |
|
||
|
|
р - карман |
|
|
|
Лада-150М, |
||
Фотолитография “Затвор”, ПХТ |
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Плазма-НД |
||
поликремния. |
|
|
|
|
|
|
|
Фотолитография “Истоки n+ типа”; |
Р+ |
|
Р+ |
Р+ |
Р+ |
|
Лада-150М |
|
Ионное легирование фосфором. |
|
|
|
|
Фоторезист |
Везувий-8 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n+ |
n+ |
n+ |
n+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п-карман |
|
|
|
|
|
|
р - карман |
|
|
|
|
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
|
|
|
Фотолитография “Истоки р+ типа”; |
B+ |
|
B+ |
B+ |
B+ |
|
Лада-150М |
|
Ионное легирование бором. |
|
Фоторезист |
|
|
|
Везувий-8 |
||
|
|
n+ |
n+ |
n+ |
n+ |
p+ |
p+ |
|
|
|
|
|
|
|
п-карман |
|
|
|
|
|
|
р - карман |
|
|
|
|
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
|
|
|
Отжиг: 8500С; |
|
|
|
|
|
|
|
СДОМ, |
Нанесение БФСС, оплавление БФСС; |
n+ |
n+ |
n+ |
n+ |
p+ |
p+ |
УНЭС-100, |
|
|
|
|||||||
Фотолитография |
“Контакты”, ПХТ |
|
|
|
|
п-карман |
Лада-150М, |
|
БФСС. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
р - карман |
|
|
|
Плазма-НД |
|
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
|
||
Напыление металла (Al-Si-Cu-Ti, Al- |
|
|
|
|
|
|
Оратория-29П, |
|
1%Si); |
|
|
|
|
|
|
|
Магна-2М |
Фотолитография |
“Металлизация”, |
|
|
|
|
|
|
|
n+ |
n+ |
n+ |
n+ |
p+ |
p+ |
|
||
ПХТ металла. |
|
|
|
|
|
п-карман |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
р - карман |
|
|
|
|
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
|
|
|
Нанесение НТФСС+НТО; |
|
|
|
|
|
|
УНЭС-100, |
|
Фотолитография “Пассивация”, ПХТ |
|
|
|
|
|
|
Лада-150М, |
|
ФСС площадок. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плазма-НД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п-карман |
|
|
|
|
|
р - карман |
|
|
|
|
|
|
|
р - подложка КДБ12(100) |
|
|
|
Литература
1.High Temperature Structural Silicides//Proc. of the First Hihg Temperature Structural Silicides Workshop, USA, 1991 - Elsevier Sci. Publ., Amsterdam, 1992. – 278 p.
2.Нечипоренко Е.П., Петриченко А.П., Павленко Ю.Б. Защита металлов от коррозии. – Харьков: Вища школа, 1985. – 112 с.
3.Бялобжеский А., Красилов Б., Цирлин М. Высокотемпературная коррозия и защита сверхтугоплавких металлов. – М.: Атомиздат, 1977.
– С. 158-160.
4.Massalski T.B. Binary alloy phase diagram. – Pittsburgh: ASM. – 1986. –
Р. 2666.
5.Gokhale А.В. and Abbaschian. G.J. The Mo-Si (Molybdenum-Silicon) System//J. Phase Equilibria, 1991. – Vol. 12, No. 4. – P. 493-498.
6.Jiang D.E., Carter E.A.. Prediction of strong adhesion at the MoSi2/Fe interface//Acta Materialia, 2005. – Vol. 53. – P. 4489-4496.
7.Курганский С.И., Левицкая Е.В., Переславцева Н.С. Спектральные характеристики дисилицида молибдена//Вестник Воронежского гос. университета. Серия физика, математика, 2002. – № 1. – С. 43-46.
8.Нечипоренко Е.П., Петриченко А.П., Павленко Ю.Б., Литовченко С.В. Силицидные покрытия на молибдене//Изв. АН СССР. Неорган. матер. – 1988. – № 10. – С.1739-1741.\
9.Электронный ресурс: https://patenton.ru/patent/RU2356964C1