52 Эпитаксия

называют процесс наращивания монокристалли­ческих слоев на подложку, при котором кристаллогра­фическая ориентация наращиваемого слоя повторяет кристаллографическую ориентацию подложки.

В настоящее время эпитаксия обычно используется для полу­чения тонких рабочих слоев до 15 мкм однородного полупроводника на сравнительно толстой подложке, играющей роль несущей конструк­ции.

Типовой - хлоридный процесс эпитаксии применительно к кремнию состоит в следующем (рисунок 3.1). Монокристаллические кремниевые пластины загружают в тигель «лодочку» и помещают в кварцевую трубу. Через трубу пропускают поток водорода, содержащий небольшую примесь тетрахлорида кремния SiCl₄. При высокой температуре (около 1200° С) на поверхности пластин проис­ходит реакция SiCl₄ + 2Н₂ = Si + 4HC1.

В результате реакции на подложке постепенно осаждается слой чистого

к ремния, а пары HCl уносятся потоком водорода. Эпитаксиальный слой осажденного кремния монокристалличен и имеет ту же кристаллографическую ориентацию, что и подложка. Хи­мическая реакция, благодаря подбору температуры, происходит только на поверхности пластины, а не в окружающем пространстве.

Таким образом, эпитаксия позволяет выращивать на подложке монокрис- тал­лические слои любого типа проводимости и любого удельного сопротив- ления, обладающие любым типом и ве­личиной проводимости.

3 Термическое окисление

Окисление кремния - один из самых характерных процессов в технологии современных ППИМС. Получаемая при этом пленка дву­окиси кремния SiO₂ выполняет несколько важных функций, в том числе:

- функцию защиты - пассивации поверхности и, в частности, защиты вертикальных участков p-n переходов, выходящих на поверхность;

- функцию маски, через окна в которой вводятся необходимые примеси методом диффузии (рисунок 3.4б);

- функцию тонкого диэлектрика под затвором МОП-транзи­стора или конденсатора (рисунки 4.15 и 4.18в);

- диэлектрическое основание для соединения металлической пленкой элементов ПП ИМС (рисунок 4.1).

Поверхность кремния всегда покрыта «собственной» окисной пленкой, получающейся в результате «естественного» окисления при самых низких температурах. Однако эта пленка имеет слишком ма­лую толщину (около 5 нм), чтобы выполнять какую-либо из пере­численных функций. Поэтому при производстве полупроводниковых ИМС более толстые пленки SiO₂ получа­ют искусственным путем.

Искусственное окисление кремния осуществляется обычно при высокой температуре (1000-1200° С).

4.Фотолитография. В основе фотолитографии лежит ис­пользование материалов, которые называют фоторезистами. Это разновидность фотоэмуль- сий, известных в обычной фотографии. Фоторезисты чувствительны к ультрафиолетовому свету, поэтому их можно обрабатывать в не очень затемненном помещении.

Фоторезисты бывают негативные и позитивные. Негативные фоторе- зисты под действием света полимеризуются и становятся устойчивыми к травителям (кислотным или щелочным). Значит, после локальной засветки будут вытравливаться не засвеченные участки (как в обычном фото- негативе). В позитивных фоторезистах свет, наоборот, разрушает полимерные цепочки и, значит, будут вытравливаться засве­ченные участки.

Рисунок будущей маски изготав­ливается в виде так называемого фо­тошаблона. Фотошаблон представляет собой толстую стеклян­ную пластину, на одной из сторон которой нанесена тонкая непрозрач­ная пленка с необходимым рисунком в виде прозрачных отверстий.

Процесс фотолитографии для получения окон в окисной маске SiO₂, покрывающей поверхность кремниевой пластины, состоит в следующем (рисунок 3.3). На окисленную поверхность пластины наносится, например, негативный фото­резист (ФР). На пластину, покрытую фоторезистом, накладывают фотошаблон ФШ (рисунком к фоторезисту) и экспонируют его в ультрафиолетовых (УФ) лучах кварцевой лампы (рисунок 3.3а). После этого фотошаблон снимают, а фоторезист проявляют и закрепляют.

Если используется позитивный фоторезист, то после проявления и закрепления (которое состоит в задубливании и термо­обработке фоторезиста) в нем получаются окна на тех местах, ко­торые соответствуют прозрачным участкам на фотошаблоне.

Подложки: Подложки в ГИМС играют очень важную роль. Во-первых, подложка является конструктивной основой микросхемы: на неё наносят в виде пленок пассивные элементы схемы и размещают контакты для подключения микросхемы к аппаратуре. Во- вторых, от материала подложки и его обработки существенно зависят параметры осаждаемых пленочных слоев и надежность всей микросхемы.

Материал подложки должен обладать:

- высоким удельным электрическим сопротивлением,

- быть механически прочным при небольших толщинах,

- иметь высокую физическую и химическую стойкость при нагревании до нескольких сот градусов,

- не выделять газов в вакууме,

- обладать хорошей полируемостью поверхности,

- иметь хорошую адгезию (механическое сцепление, прилипаемость) к напыляемым пленкам,

- иметь хорошую теплопроводность,

Большинству из этих требований удовлетворяют стекло и керамика. К недостаткам подложек из стекла следует отнести малую теплопроводность, а подложек из керамики – шероховатость поверхности.

Подложки, применяемые для ГИМС, имеют, как правило, квадратную или прямоугольную форму.

Металлизация: тонкие плёнки металла используются для соединения отдельных элементов транзисторных структур в электрическую схему. Термический способ использует разогрев вещества до температуры испарения и последующее формирование потока.

Вопрос №46 Понятие о методе напыления тонких пленок

Тонкие пленки не только являются основой тонкопленочных гибридных ИМС, но широко используются и в полупроводниковых интеграль­ных схемах. Поэтому методы получения тонких пленок относятся к общим вопросам технологии микроэлектроники.

Существует три основных метода нанесения тонких пленок на подложку и друг на друга: термическое (вакуумное) и ионо-плазменное напыление, которое имеет две разновидности: катодное напыление и собственно ионно-плазменное.