Книга / Процессы в микро- и нанотехнологии / Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1. Поверхностная обработка полупроводниковых материалов

5

1.1. Кремний - основной материал для полупроводниковых интегральных микросхем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.2. Механическая обработка кремниевых пластин. . . . . . . . . . .

7

Очистка поверхности пластин после механической обработки

9

Методы контроля чистоты поверхности пластин. . . . . . . . . .

10

1.3. Химическое травление кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

Кинетика травления кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

Две теории саморастворения кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

Зависимость скорости травления от свойств используемых материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

Влияние примесей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

Дефекты структуры полупроводника. . . . . . . . . . . . . . . .

16

Ориентация поверхности полупроводника. . . . . . . . . . . .

17

Концентрация компонентов травителя. . . . . . . . . . . . . .

17

Температура раствора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

Химико-динамическая полировка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

Анизотропное травление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

Травление окисла и нитрида кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Промывка пластин в воде. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

Очистка пластин в растворах на основе перекиси водорода

24

1.4. Плазмохимическое травление кремния . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

Классификация процессов плазмохимического травления. .

25

Кинетика изотропного травления кремния. . . . . . . . . . . . . . .

26

Образование радикалов в газоразрядной плазме . . . . . . .

27

Взаимодействие радикалов с атомами материалов . . . .

28

Травление двуокиси и нитрида кремния . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

Факторы, влияющие на скорость ПХТ материалов . . . . . . . .

30

Анизотропия и селективность травления. . . . . . . . . . . . . . . . .

33

2. Диэлектрические пленки на кремнии. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

2.1. Термическое окисление кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

Окисление кремния при комнатной температуре. . . . . . . . . .

36

Физический механизм роста окисла при высокой температуре

37

Структура окисла кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

Модель Дила - Гроува. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

Кинетика роста окисла кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

Влияние температуры окисления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

Влияние парциального давления окислителя . . . . . . . . . . .

44

Влияние ориентации подложки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

Влияние типа и концентрации примеси в подложке. . . . . .

46

Оборудование для окисления кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

2.2. Методы контроля параметров диэлектрических слоев. . . . . .

48

Контроль толщины слоя диэлектрика. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

Контроль дефектности пленок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

Метод электролиза воды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

Электрографический метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

Метод электронной микроскопии. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

Метод короткого замыкания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

2.3. Контроль заряда на границе раздела полупроводник -диэлектрик. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

2.4. Осаждение диэлектрических пленок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

Осаждение пленок диоксида кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

57

Осаждение нитрида кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

60

Перспективы развития методов осаждения диэлектрических пленок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62

3. Введение примесей в кремний или легирование полупроводниковых материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

3.1. Диффузия примесей в полупроводник. . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

Механизмы диффузии примесей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

64

Диффузия по вакансиям. Коэффициент диффузии . . . . . . . .

66

Распределение примесей при диффузии. . . . . . . . . . . . . . . . .

68

Диффузия из бесконечного источника. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

69

Диффузия из ограниченного источника. . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

Первый этап диффузии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73

Источники примесей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

Источники донорной примеси. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

76

Источники акцепторной примеси. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

Поверхностный источник примеси. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

80

Второй этап диффузии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

80

Перераспределение примеси при диффузии в окисляющей среде. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

81

Контроль параметров диффузионных слоев. . . . . . . . . . . . . .

83

3.2. Эпитаксия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

84

Рост эпитаксиальных пленок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

85

Методы получения эпитаксиальных слоев кремния . . . . . . .

87

Хлоридный метод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

87

Пиролиз моносилана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

90

Гетероэпитаксия кремния на диэлектрических подложках. .

91

Перераспределение примесей при эпитаксии. . . . . . . . . . . . .

94

3.3. Ионное легирование полупроводников. . . . . . . . . . . . . . . . .

95

Характеристики процесса имплантации. . . . . . . . . . . . . . . . .

95

Пробег ионов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

96

Дефекты структуры в полупроводниках при ионном легировании. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

101

Основные типы дефектов, образующихся при ионном легировании полупроводника. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

103

Распределение внедренных ионов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

106

Распределение примеси в интегральных структурах . . . . . . .

108

Распределение примеси в двухслойной мишени . . . . . . .

108

Влияние распыления полупроводника. . . . . . . . . . . . . . . .

110

Отжиг легированных структур и радиационно-ускоренная диффузия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

111

Распределение примеси при термическом отжиге. . . . .

112

Низкотемпературный отжиг. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

114

Оборудование для ионного легирования. . . . . . . . . . . . . . . . .

114

Ионные источники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

116

4. Технология литографических процессов. . . . . . . . . . . . . . . . .

119

4.1. Классификация процессов литографии. . . . . . . . . . . . . . . . . .

119

4.2. Схема фотолитографического процесса. . . . . . . . . . . . . . . . .

120

4.3. Фоторезисты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

121

Позитивные фоторезисты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

122

Негативные фоторезисты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

122

Основные свойства фоторезистов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

124

4.4. Фотошаблоны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

126

4.5. Технологические операции фотолитографии. . . . . . . . . . . . .

127

Контактная фотолитография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

128

Искажение рисунка при контактной фотолитографии

129

Литография в глубокой ультрафиолетовой области . . . . . . .

130

Проекционная фотолитография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

131

Электронолитография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

132

Рентгенолитография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

135

Электронорезисты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

138

5. Металлизация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

140

5.1. Свойства пленок алюминия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

140

Электродиффузия в пленках алюминия. . . . . . . . . . . . . . . . . .

143

Методы получения металлических пленок. . . . . . . . . . . . . . .

144

5.2. Создание омических контактов к ИС. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

147

5.3. Использование силицидов металлов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

152

5.4. Многослойная разводка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

154

Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

155