- •Технологические основы производства интегральных схем
- •4. Технологические основы производства полупроводниковых интегральных схем (ис) 3
- •Технологические основы производства полупроводниковых интегральных схем (ис)
- •Структуры кристаллов полупроводниковых ис. Основные конструктивные элементы. Принципы интегральной технологии
- •Базовые техпроцессы изготовления полупроводниковых ис
- •Получение полупроводниковых материалов для подложек ис. Оценка качества
- •Основные способы определения качества кремния
- •Окончательная обработка кремния
- •Механическая обработка слитка:
- •Термическое окисление полупроводниковых пластин
- •Литография
- •Электронолитография
- •Рентгенолитография
- •Ионно-лучевая литография
- •Травление
- •Эпитаксия
- •Легирование
- •Высокотемпературная диффузия
- •Радиационно-стимулированная диффузия
- •Ионное легирование
- •Элементы полупроводниковых ис
- •Изоляция элементов полупроводников ис
- •Общие сравнительные характеристики методов изоляции
- •Интегральный n-p-n транзистор
- •Интегральные диоды и стабилитроны
- •Полупроводниковые резисторы и конденсаторы
- •Моп и кмоп транзисторы
Травление
Химическое травление – химическая реакция жидкого травителя с кремниевой пластиной с последующим образованием растворимого соединения. Процесс состоит из следующих стадий:
диффузия реагента к поверхности;
адсорбция реагента;
поверхностная химическая реакция;
десорбция продуктов реакции;
диффузия продуктов реакции от поверхности;
Пример реакции для изотропного травления кремния:
Si + 4HNO3 SiO2 +4NO3 +2H2O
SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O
Для большей равномерности травления ванну с раствором и пластиной кремния вращают в наклонном положении (динамическое травление) или вводят в ванну ультразвуковой вибратор.
Для травления кремния используют анизотропное и изотропное травление. Изотропное травление происходит во всех направления с приблизительно одинаковой скоростью. Для травление используются фосфорная, азотная и уксусная кислоты.
Анизотропное травление основано на том, что скорость химической реакции зависит от кристаллографического направления: минимальная скорость травления в направлении [111], а максимальная – в [100] (скорость травления в направлении [100] в 600 раз больше чем в направлении [111]). В качестве анизотропного травителя используются калиевая кислота и вода.
При использовании анизотропного травления скорость зависит от кристаллографического направления и боковые стенки лунок приобретают рельеф или огранку, углы под которыми вытравливаются боковые стенки лунок строго определены. плоскость [111] является как бы непроницаемой для травителя, что дает возможность при использовании маски избежать подтравливания.
Эпитаксия
Эпитаксия – это ориентированный рост полупроводниковых слоёв на полупроводниковой подложке, при котором кристаллографическая ориентация повторяет ориентацию подложки.
Если подложка и плёнка – одно и тоже вещество то процесс автоэпитаксиальный, иначе гетероэпитаксиальный.
Методы этого наращивания делят на прямые и косвенные.
Прямые – частицы полупроводника переносятся без промежуточных химических реакций (испарение, сублимация, реактивное распыление).
Косвенные – полупроводниковые плёнки получают путём разложения паров полупроводниковых соединений (методы восстановления в H2 хлоридов, бромидов кремния, а также метод разложения органических соединений кремния).
Недостаток прямого метода – сложность точного дозирования примеси в плёнке. Поэтому чаще используют косвенный метод - восстановление из хлоридов кремния SiCl4
Рис. 12. Схема установки используемой для восстановления из хлоридов кремния
Загружаются пластины Si в реакционную камеру (пластины обработаны)
Продувка H2
Заполнение HCl для стравливания SiО2
Нагрев камеры до 12000 и подача SiCl4 + H2, происходит реакция восстановления SiCl4 + H2= SiCl2+2HCl
Скорость роста порядка 0,5-5 микрон в минуту. Толщина плёнки 10-20 микрон. В процессе выращивания возможно легирование В2Н6 или РН3 , создающего дырочную (р) или электронную (n) проводимость.
Скорость роста пленки зависит от температуры в камере, кристаллографической ориентации кристалла в подложке (быстрее в [110], медленнее в [100]), от скорости потока газа-носителя, концентрации SiCl4 в H2, равномерности потока газа из поверхности кремния.
При невысоких температурах и больших содержаниях SiCl4 в H2 образуются рыхлые аморфные слои кремния, при повышении температуры структура кремния ухудшается и появляется поликремний.
Для всех процессов требуется высокая степень чистоты исходных элементов. Поддержание определенного технологического режима позволяет получить постоянство параметров пленки кремния в пределах 510%.
В процессе выращивания слоя кремния возможно легирование соединений бора B206 (диборан) – получается р-тип кремния или фосфора PH3 (фосфин) – получается n-тип кремния, задающих дырочную или электронную проводимость.