- •Часть 1. Основные структуры полупроводниковых интегральных схем
- •6 Гетеропереходы и квантовые размерные структуры 66
- •7 Диэлектрические слои 76
- •7.1 Назначение и материалы 76
- •8 Литография 92
- •9 Модели полупроводниковых структур 113
- •1 Введение
- •Миниатюризация радиоэлектронных средств
- •Классификация интегральных схем
- •1.3 Сущность технологии полупроводниковых интегральных схем
- •Основные направления функциональной электроники
- •2 Подложки
- •2.1 Разновидности подложек
- •2.2 Полупроводниковые материалы
- •2.3 Механическая обработка подложек
- •3 Очистка и травление подложек
- •3.1 Виды загрязнений и очистки
- •3.2 Жидкостная обработка
- •3.2.1 Химическое травление
- •3.2.2 Электрополировка
- •3.3 Сухое травление
- •3.3.1 Газовое травление
- •3.3.2 Ионно-плазменное травление
- •3.3.2 Плазмохимическое травление
- •4 Проводящие слои
- •4.1 Назначение и материалы
- •4.2 Получение проводящих слоев физическими методами
- •4.2.1 Термическое вакуумное испарение
- •4.2.2 Ионно-плазменного распыления
- •4.3 Получение проводящих слоев химическими методами
- •4.3.1 Осаждение из парогазовых смесей
- •4.3.2 Электролитическое осаждение
- •5 Полупроводниковые слои
- •5.1 Диффузия примесей
- •5.1.1 Диффузия и растворимость
- •5.1.2 Коэффициент диффузии
- •5.1.3 Решения уравнений диффузии
- •5.1.4 Локальная диффузия
- •5.1.5 Способы проведения диффузии
- •5.2 Ионное легирование
- •5.2.1 Распределение пробегов ионов в мишени
- •5.2.2 Радиационные эффекты
- •5.2.3 Практические способы ионного внедрения
- •5.2.4 Локальное ионное внедрение
- •5.3 Эпитаксиальное наращивание
- •5.3.1 Газофазная эпитаксия
- •5.3.2 Жидкофазная эпитаксия
- •5.3.3 Молекулярно-лучевая эпитаксия
- •6 Гетеропереходы и квантовые размерные структуры
- •6.1 Полупроводниковые гетеропереходы
- •6.1.1 Общие сведения
- •6.1.2 Эффекты односторонней инжекции и сверхинжекции
- •6.2 Квантовые ямы, нити и точки
- •6.2.1 Размерные эффекты
- •6.2.2 Квантование энергии
- •6.2.3 Плотность состояний
- •6.3 Сверхрешетки
- •7 Диэлектрические слои
- •7.1 Назначение и материалы
- •7.2 Методы получения
- •7.2.1 Термическое окисление
- •7.2.2 Осаждение из газовой фазы
- •7.2.3 Ионно-плазменное распыление
- •7.2.4 Анодное окисление
- •7.2.5 Термовакуумное испарение
- •7.3 Параметры качества диэлектрических пленок
- •7.4 Защитные покрытия
- •8 Литография
- •8.1 Фотолитография
- •8.1.1 Фоторезисты
- •8.1.2 Базовый литографический процесс
- •8.1.3 Фотошаблоны
- •8.2 Повышение разрешающей способности фотолитографии
- •8.2.1 Фазосдвигающие маски
- •8.2.2 Многослойные резисты
- •8.2.3 Литография с экстремальным ультрафиолетом
- •8.3 Другие виды литографии
- •8.3.1 Электронно-лучевая литография
- •8.3.2 Рентгенолучевая литография
- •8.3.3 Ионная литография
- •9 Модели полупроводниковых структур
- •9.1 Сущность проектирования интегральных схем
- •9.2 Технологические модели
- •9.3 Физико-топологические модели
- •9.4 Электрические модели
- •Литература
7.2.3 Ионно-плазменное распыление
Распыление постоянным током или током промышленной частоты эффективно лишь для металлических мишеней. Распыление диэлектриков нельзя проводить таким способом, т. к. ионный ток, поступающий на непроводящую поверхность мишени, заряжает ее положительно, и процесс ионной бомбардировки прекращается. Одним из способов нейтрализации положительного заряда на поверхности мишени является использование высокочастотного (ВЧ) потенциала, подаваемого к металлическому электроду, на котором закреплен распыляемый диэлектрик. Подводимая к электроду мощность передается плазме через ток смещения в материале диэлектрика.
ВЧ распыление может быть осуществлено с использованием диодной или триодной системы распыления. Наиболее часто используется триодная система, позволяющая избежать нежелательной бомбардировки ионами и чрезмерного нагрева подложки в процессе напыления пленок, т. к. в этом случае подложка не связана с электродами, которые создают и поддерживают газоразрядную плазму. ВЧ мощность передается плазме с помощью волновода или др. способом.
При ВЧ распылении энергия ионов, бомбардирующих мишень, определяется амплитудой и частотой напряжения, приложенного между мишенью и подложкой, и емкостью мишени. В принципе распыление диэлектрических материалов можно проводить на любой частоте. Однако на низких частотах распыление малоэффективно, так как за небольшую часть отрицательного полупериода переменного напряжения в поверхностном слое диэлектрика накапливается положительный заряд, и распыление прекращается. В положительный полупериод положительный заряд в поверхностном слое мишени нейтрализуется потоком электронов из плазмы. На низкой частоте эти потоки уравновешивают друг друга. С увеличением частоты постепенно начинает сказываться инерционность ионов: все меньшее их число попадает на мишень за полупериод отрицательного напряжения. Нескомпенсированный электронный заряд в поверхностном слое мишени образует отрицательное смещение, которое увеличивается с ростом частоты.
Появление остаточного отрицательного заряда в поверхностном слое мишени вызывает перераспределение объемного заряда плазмы. Электроны отталкиваются от мишени и уходят в глубь плазмы. Вблизи мишени образуется оболочка из положительных ионов, толщина которой возрастает по мере увеличения отрицательного потенциала на поверхности мишени. Образование ионной оболочки увеличивает поток ионов, бомбардирующих мишень и производящих ее распыление. Уменьшение количества ионов в оболочке компенсируется поступлением положительных ионов из глубинных слоев плазмы.
Наименьшая частота, при которой начинается процесс перераспределения объемного заряда плазмы, составляет примерно 50 кГц. С повышением частоты отрицательное смещение увеличивается, постепенно приближаясь к некоторому постоянному значению, при котором ионный и электронный потоки на мишень выравниваются. При значительно более высоких частотах существенное влияние на процесс оказывают паразитные параметры высокочастотного контура, в результате чего амплитуда высокочастотного напряжения и эффективность распыления диэлектрической мишени будут уменьшаться. Следовательно, существует некоторый оптимальный диапазон рабочих частот переменного напряжения, в котором распыление диэлектрических материалов наиболее эффективно. Практически приемлемым для работы является диапазон 10 - 20 МГц, в котором существует единственная частота 13,56 МГц, разрешенная для промышленного применения.
Высокочастотное ионно-плазменное распыление позволяет получать пленки практически любых диэлектриков. Качество пленок, полученных ионно-плазменным распылением, обычно мало отличается от качества пленок, выращенных др. методами. Повышение скорости осаждения за счет увеличения подводимой ВЧ мощности обычно отрицательно сказывается на свойствах пленки [2 - 4].
Наряду с высокочастотным ионно-плазменным распылением диэлектрических мишеней, для получения пленок оксидов и нитридов металлов широко используется метод ионно-плазменного распыления металлических мишеней в средах, содержащих соответственно кислород или азот, при пониженном давлении.