Введение глава 1 общие представления о процессе эпитаксиального наращивания

1.1. Общие тенденции развития технологии создания интегральных микросхем и процессов химического осаждения из газовой фазы

Согласно работе [1], минимальный размер топологии в 2003г. составил 0,13 мкм при эквивалентной толщине подзатворного диэлектрика в пересчете на оксид кремния 2–3 нм, а к 2012г. ожидается достижение минимального размера топологии 0,05 мкм при эквивалентной толщине подзатворного диэлектрика в пересчете на оксид кремния <1 нм. Прогресс и перспективы промышленных методов литографии представлены на рисунке 1.1 [2].

Рисунок 1.1 – Прогресс и перспективы промышленных методов литографии [2]

I – оптическая литография с длиной волны 365, 248 и 193 нм; II – рентгенолитография или прямое получение рисунка с помощью электронного луча; III – электронно-лучевая проекционная литография; N – количество логических элементов микропроцессора на 1 см² кристалла БИС

Движущей силой развития субмикронной технологии выступает технология ДОЗУ, которая дает практическую возможность реализации других классов СБИС, так как структурно и технологически они сравнимы с ДОЗУ по основным операциям – литографии, ионному легированию, формированию диэлектрических и проводящих слоев.

С точки зрения технологии производства ИС можно выделить следующие поколения ДОЗУ: 16 Кбит, 64–256 Кбит, 1–4 Мбит,16–64 Мбит, 256–512 Мбит, в пределах которых требуемые характеристики достигаются примерно одинаковым уровнем технологии. В настоящее время минимальные размеры элементов массово производимых ДОЗУ и микропроцессоров определяют уровень технологии производства микросхем, достигнутый страной.

Общая тенденция к неограниченному росту степени интеграции ИC (закон Мура [3]) диктует поиск конструктивных решений, альтернативных возрастанию площади кристалла УБИС и уменьшению размеров элементов в двумерных УБИС за счет использования трехмерных (многослойных) УБИС с многоуровневыми межсоединениями. В связи с этим увеличивается многообразие используемых технологических покрытий, обеспечивающих конформное воспроизведение топологического рельефа поверхности. Как показано в работе [4], на смену методам физического осаждения из газовой фазы (ФОГФ) приходят методы химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ), модифицированные процессы ХОГФ, такие, как процесс фирмы «Novellus» – PDL (пульсирующее осаждение слоев), и, наконец, ALD (атомарное осаждение слоев из газовой фазы – АОС).

И в тех, и в других случаях подача реагентов производится импульсно, а циклы осаждения последовательно повторяются. При этом ALD позволяет наносить ультратонкие (~10 нм и менее) конформные слои в пределах структур <200 нм шириной с аспектным соотношением (глубина/ширина) примерно 50/1 [5] (для традиционного ХОГФ характерное аспектное отношение 10/1). АОС (ALD) реакторы с индивидуальной обработкой подложек имеют единственный недостаток – у них низкая производительность. В работе [3] показано, что ряд производителей оборудования применяют для увеличения производительности в 2-3 раза реакторы с групповой обработкой подложек. При этом усовершенствованная система подачи реагентов позволяет создать для каждой отдельной подложки такие условия, как в реакторе с индивидуальной обработкой. Однако данные реакторы непригодны в тех случаях, когда необходимо формировать многослойные пленки разных материалов без разгерметизации (например, при изготовлении флеш-памяти с плавающим затвором) и с использованием плазменной зачистки перед осаждением. В связи с вышеизложенным изготовители интегральных микросхем используют реакторы для атомно-слоевого осаждения и послойное осаждение с дискретной подачей реагентов только там, где они действительно необходимы.

Таблица 1.1 - Сравнение различных технологий осаждения пленок из газовой фазы [4]

Критерий	ALD (AOC)	CVD (ХОГФ)	PVD (ФОГФ)
Диапазон толщин	< 10 нм	> 10 нм	> 20 нм
Управление однородностью	На уровне 0,1 нм	На уровне 1 нм	На уровне 5 нм
Качество пленки	Превосходная стехиометрия, малое количество пор, возможность управления механическими напряжениями	Превосходная стехиометрия, малое количество пор, возможность управления механическими напряжениями	Ограниченная стехиометрия, большое количество пор, ограниченная возможность управления механическими напряжениями
Конформность покрытия рельефа	100% при аспектном соотношении 60:1	100% при аспектном соотношении 10:1, но покрытие ступеньки не гарантируется	50% при аспектном соотношении 10:1
Чистота	Нет частиц из-за отсутствия реакций в газовой фазе	Частицы из-за газофазных реакций	Частицы из-за распыления
Требования к вакууму	Средние	Средние	Высокие
Применимость	Нет ограничений	90–65 нм технология	100 нм технология

Сравнительный анализ методов АОС, ХОГФ и ФОГФ представлен в таблице 1.1 [4].

Как видно из таблицы, ХОГФ и его модификации остаются базовой технологией до уровня 0,065 мкм технологии и ниже.