17 Автоепітаксія кремнію як базовий технологічний процес виготовлення імс.

Епітаксією називається процес орієнтованого нарощування шару речовини на початковий (вихідний) монокристал – підкладку.

Автоепітаксією називається орієнтоване нарощування речовини шару, що відрізняється від підкладки лише домішками. Напівпровідникові шари, одержані епітаксією, мають значно кращі електрофізичні властивості, ніж підкладка. Крім того, епітаксійний шар сприяє створенню кращої ізоляції елементів схеми від підкладки.

Епітаксійне нарощування напівпровідникових шарів може проводиться з використанням процесів: 1) осадження з газової фази; 2) осадження з парової фази; 3) осадження з розчинів. При цьому використовуються хлоридний метод, силановий метод та молекулярно – променева епітаксія (МПЕ).

Хлоридний метод. Велике розповсюдження в промисловості одержав хлоридний метод автоепітаксії. При цьому методі проводиться осадження кремнію з газової фази з використанням реакції відновлення воднем тетрахлориду кремнію:

Автоепітаксія кремнію здійснюється на установці, яка складається з реакційної камери і газової системи, що забезпечує подачу в камеру водню, азоту, їх суміші та хлористого водню .

Установка для епітаксійного нарощування хлоридним методом. 1 – реакційна камера; 2 – індуктор (нагрівальний електромагнітний пристрій); 3- підставка для підкладок; 4 – підкладки ; 5 – вентилі.

При утворенні епітаксійних шарів відбувається інтенсивне впровадження домішки, яка є в підкладці, - в епітаксійний шар. При силановому методі використовують установки, аналогічні тим, що застосовуються при хлоридному методі. Реакція піролітичного розкладу починається при температурі . Ріст якісних шарів проходить при t біля . Переваги силанового методу: більш низька температура, процесу, крім того, при силановому методі не утворюється ніяких галогені дів, здатних травити підкладку і тим самим переносити домішку через газову фазу в зростаючий епітаксійний шар.

Молекулярно – променева епітаксія

Молекулярно – променева епітаксія (МПЕ) – це метод орієнтованого нарощування речовин при конденсації молекулярних пучків у вакуумі. При цьому методі нарощування епітаксійних шарів проходить при більш низьких температурах Це зменшує вплив дифузії з підкладки. Крім того, цей метод дозволяє легко варіювати профіль легування. Молекулярно – променева епітаксія проводиться в спеціальних установках, в яких використовуються два способи легування. Один з них основний на легуванні атомами домішки, яка випаровується (рис.4), а другий – на іонній імплантації (рис.5 ).

С хема установки молекулярно – променевої епітаксії з легуванням на основі випаровування домішок.

1- робоча камера; 2- тримач підкладки; 3- нагрівач; 4- підкладка; 5- заслінка; 6- потік домішки; 7- джерело домішки; 8- електронна гармата; 9- джерело кремнію; 10- потік електронів; 11- потік кремнію.

18 Загальна х-ка фотолітографічного процесу.

Фотолітографія - це технологічний процес, який базується на використанні фотохімічних реакцій, що виникають в фото резистивних шарах при актинічному їх опроміненні. Актинічним називається опромінювання, яке викликає незворотні зміни властивостей фото резистивного шару. Для цього використовують два типи фоторезистивних матеріалів (негативні,позитивні).

Негативні фоторезисти (ФН) під дією актинічного опромінювання полімеризуються і утворюють захисний шар, стійкий до травників, які застосовуються в технологічному процес виготовленн ІМС.

Позитивні фоторезисти (ФП) під дією опромінювання розкладаються і легко усуваються з підкладки, а захисні властивості має неопромінений фоторезист.

Для опромінення фоторезистів використовують ультрафіолетові джерела світла. Фотохімічні реакції j фоторезистах стимулюються поглинанням кванта опромінюючою світла Фотолітографія являється основним способом перенесення рисунка мікросхеми на напівпровідникову пластину.

При виборі матеріалу фоторезисту оцінюють фото чутливість, роздільну здатність, стійкість до агресивних середовищ та вартість. Е – освітленість, час експонування.

При виборі фоторезиста треба знати, які травники і проявники будуть застосовуватися при виготовленні даної мікросхеми. Роздільна здатність фоторезиста визначається максималь-ною кількістю ліній однакової ширини, розділених проміжками, рівними ширині лінії, яку можна отримати у фоторезистивному шарі на довжині одного міліметра після проявлення рисунка. Роздільну здатність визначають з допомогою випробувальної міри. Цією мірою можна контролювати роздільну здатність фотокамери, фотошаблонів, фоторезиста і процесу фотолітографії.

Для створення фоторезистивної захисної маски використовуються фотошаблони, виготовлення яких проводиться із застосуванням фотооригіналів. Процес отримання фотошаблону з розмноженим зображенням називають мультиплікацією. Розглянемо послідовність операцій фотолітографічного процесу при формуванні маски з окислу кремнію необхідної конфігурації.

П ідкладка з нанесеною суцільною окисною плівкою (рис.1,а) покривається негативним фоторезистом. Після засвічування фоторезиста через фотошаблон формується фоторезистивна маска (рис.1,б), а потім стравлюється незахищений маскою окисел. Після цього задублений фоторезист знімається спеціальними розчинниками (рис.1,в).

Сушіння здійснюють конвекцією в термостатах чи в спеціальних пічках, які використовують інфрачервону чи надвисокочастотну енергію. Істотним обмеженням контактної фотолітографії є неминучість механічних пошкоджень робочих поверхонь пластин і фотошаблону. Фотолітографія на мікрощілині базується на використанні ефекту подвійного чи множинного джерела випромінення. Для експонування використовують джерела ультрафіолетового, випромінення, в основному ртутно-кварцеві лампи. При необхідності усунення фото резистивної маски застосовують хімічну, термічну (в атмосфері кисню чи плазмохімічну деструкцію. Хімічна деструкція - це розклад фоторезиста при допомозі хімічних реакцій, в результаті яких утворюються менш складні короткі молекули з мало молекулярно масою які легка змиваються водою.