6.5. Перспективы развития методов осаждения диэлектрических пленок

Создание микросхем с субмикронными размерами элементов предъявляет особенно высокие требования к качеству диэлектрических слоев. Необходимо снижение температуры осаждения для предотвращения размывания мелких р–n - переходов, а также точное воспроизведение рельефа на поверхности схемы. Эти требования могут быть удовлетворены при использовании реакторов с пониженным давлением для осаждения из парогазовых смесей и особенно для плазмохимического осаждения. Для понижения температуры возможно использование при плазмохимическом осаждении некоторых кремнийорганических соединений, а также метода фотохимического осаждения как двуокиси кремния, так и нитрида кремния. Последний метод не требует нагрева до высоких температур, в этом случае возможно выдерживать температуры не выше 100°С. Кроме того, при фотохимическом осаждении не возникает радиационных повреждений кремния, что является важным условием, предотвращающим деградацию характеристик полупроводниковых приборов. Вместе с тем возможно применение новых диэлектрических материалов, таких как оксинитрид кремния, силикатные стекла сложного состава (боро – фосфорно - силикатные, свинцово - силикатные), окиси алюминия или нитрида алюминия. Последние хороши прежде всего тем, что имеют большое удельное сопротивление и диэлектрическую постоянную и могут при малой толщине обеспечивать высокие уровни напряженности поля пробоя.

7. Легирование полупроводников

7.1. Назначение процесса легирования

Введение легирующей примеси в полупроводник является основным способом изменения проводимости материала. Процессы легирования используются для формирования базовых, эмиттерных областей и резисторов в биполярной технологии, легирования поликремния, создания областей стока и истока в МОП - технологии.

Легирующие атомы в очень широком диапазоне концентраций могут быть введены в кремниевые подложки путем диффузии:

• из химического источника в парообразной форме при высоких температурах;

• из легированных окислов;

• из ионно - имплантированных слоев.

Введение некоторых примесей, которые имеют энергетические уровни, лежащие вблизи середины запрещенной зоны полупроводника, создает эффективные рекомбинационные центры. Так, при легировании кремния золотом время жизни неосновных носителей τ убывает линейно с ростом концентрации золота в интервале концентраций 10¹⁴ – 10¹⁷ см^-3, причем τ убывает от 2×10^-5 до 2×10^-10 с. Этот эффект используется при изготовлении некоторых переключающих приборов, в которых требуется уменьшение диффузионной емкости за счет снижения времени жизни неосновных носителей.

Изучение процессов диффузии привело к созданию моделей, которые дают возможность определять электрофизические характеристики приборов расчетным путем. Диффузионные модели строились на основе принятия двух приближений:

• теории сплошных сред с использованием уравнения диффузии Фика;

• атомистической теории, которая принимает во внимание взаимодействие между точечными дефектами (вакансиями и межузельными атомами), с одной стороны, и примесными атомами – с другой.

Теория сплошных сред описывает явление диффузии исходя из диффузионного уравнения Фика с учетом коэффициентов диффузии. При низких значениях концентрации примеси измеренные диффузионные профили хорошо согласуются с решениями уравнения диффузии Фика с постоянными значениями коэффициентов диффузии. При высоких значениях концентрации примеси форма профилей отличается от предсказанных простой диффузионной теорией, что предполагает концентрационную зависимость коэффициентов диффузии.