3.2.5. Магнетронное распыление

Осаждение Аl и его сплавов с высокой скоростью стало воз­можно после того, как был разработан процесс магнетронного распыления. Это связано с большой плотностью тока на поверхности мишени магнетрона во время процесса распыле­ния. За счет приложения магнитного поля формируемые мето­дом распыления приборы обладают низким импедансом. Су­ществуют два варианта магнетронного распыления, которые могут быть реализованы в высокопроизводительных установках для осаждения пленок.

Рис. 10. Поперечное сечение конического магнетрона.

Магнитное поле В обеспечивается постоянными магнитами и перпендикулярно направ­лению электрического поля Е около катода. К аноду обычно прикладывают положитель­ное смещение (20—40 В) относительно земли.

В первом варианте (рис. 10) использован конический маг­нетрон или S-пушка). Особенностью этого варианта является использование системы концентрического анода и катода с кру­говой симметрией. В коническом магнетроне поток распыляемо­го вещества меньше определяемого в соответствии с косинус­ным распределением, поэтому для одновременного покрытия большого числа подложек может быть использована планетар­ная система, подобная применяемой с источниками испарения.

В литературе на английском языке термин «S-пушка» обозначает рас­пыляющую пушку (sputter gun).

На рис. 11. показан другой источник — планарный магнет­рон. Он может иметь изменяемую длину, так что пленкой мож­но покрывать большие площади подложки. Обычно пластины помещают на плоскости перед магнетроном. Магнетрон также может быть установлен в системах, снабженных планетарным держателем подложек.

Рис. 11. Поперечное сечение планарного магнетрона.

Можно применять постоянные магниты или электромагниты. Анод расположен отдельно, обычно поблизости, на него подается положительное смещение.

Напряжение магнетронных источников обоих типов значи­тельно меньше или равно напряжению электронно-лучевого ис­точника, поэтому магнетрон генерирует меньшее проникающее излучение. Скорость роста пленок зависит от расстояния между источником и подложкой и может достигать 1 мкм/мин при осаждении А1 и его сплавов.

3.2.6. Химическое осаждение из парогазовых смесей

Преимущества химического осаждения из парогазовых сме­сей (ПГС) заключены в конформной природе покрытия (т. е. хорошем качестве пленки, воспроизводящей рельеф по­верхности), возможности нанесения покрытия на большое коли­чество подложек одновременно и относительно простом обору­довании. В отличие от физического осаждения, недостатки кото­рого связаны с проявлением теневого эффекта и низким качест­вом покрытия ступенек, в процессе химического осаждения из ПГС при пониженном давлении формируется конформная пленка покрытия на поверхности с широким диапазоном про­филей ступенек, которая часто имеет более низкое объемное удельное сопротивление.

Основные усилия при разработке процесса получения ме­таллических пленок для ИС методом химического осаждения из ПГС были направлены на осаждение вольфрамовых пленок. Процесс получения таких пленок был разработан преимущест­венно для осаждения на кремний, а не на окисел. Выбор вольфрама объясняется тем, что он обладает низкой величиной удельного сопротивления (5,3 мкОм*см) и является тугоплав­ким металлом. Процесс получения вольфрамовых пленок осно­ван на использовании реакций пиролиза и восстановления. Например, вольфрам можно получить из WF6 помощью тепловой энергии, энергии плазмы или тепловой энергии.

Рис. 12. Упрощенная схема установки химического осаждеиия из ПГС при пониженном давлении. (Для протекания реакций реактор должен быть снаб­жен источником плазмы, интенсивным источником света илв другим источни­ком энергии.)

В зависимости от типа реактора процесс проходит в темпе­ратурном диапазоне 60—800 °С. Использование WF₆ может при­вести к уменьшению толщины окисла во время осаждения,а там, где гексафторид вольфрама неприемлем, может приме­няться WCU, хотя температура процесса в последнем случае выше.

На рис. 12 схематически показан реактор процесса хими­ческого осаждения из ПГС. Если реакционная труба помещена в печь, ее называют системой с «горячими стенками». Нагрев подложкодержателя с размещенными на нем подложками ме­тодом индукционного ВЧ-нагрева и охлаждение стенок реакто­ра образуют систему с «холодными стенками». Выбор первой или второй системы зависит от эффективности использования газа и вида частиц загрязнений. Кроме W методом химического осаждения из ПГС могут быть получены пленки Мо, Та, Ti и Аl для СБИС.

Процесс химического осаждения из ПГС при получении пле­нок Аl для СБИС пока не используется), хотя с помощью этого метода успешно получают пленки других металлов. Осаждение тугоплавких металлов может быть предварительной стадией при формировании пленок силицидов, как показано на примере образования WSi₂ на поликристаллическом кремнии.