8.2.7. Нанесение тонких пленок

Тонкие пленки используются в полупроводниковых и гибридных интегральных схемах для создания проводниковых соединений, резисторов, конденсаторов и изоля­ции между элементами и проводниками. Применяется ряд методов нанесения пленок.

Термическое вакуумное напыление. В результате нагревания в вакууме происходят испарение вещества и осаждение его на подложке. Нагрев может быть прямым или косвенным. Недостатками этого метода являются невысокая воспро­изводимость параметров пленки из-за трудности обеспечения контроля темпера­туры и кратковременности процесса. Метод применяется в основном для напыле­ния чистых металлов.

Распыление ионной бомбардировкой. В вакууме создают газовый разряд. Возникающие в разряде положительные ионы бомбардируют распыляемый мате­риал, выбивая из него атомы или молекулы, которые затем осаждаются на под­ложке. Этот метод (в отличие от термического напыления) позволяет получать пленки тугоплавких металлов, наносить диэлектрические пленки, соединения, сплавы, точно выдерживая их состав, равномерность и толщину. Существует не­сколько разновидностей метода: катодное распыление, ионно-плазменное напы­ление, высокочастотное распыление.

Химическое осаждение из газовой фазы. Этот метод широко используется для получения пленок поликристаллического кремния и диэлектриков (SiО₂, Si₃N₄). Осаждение происходит в результате химической реакции в газовой фазе при повы­шенной температуре. Для осаждения пленок поликристаллического кремния на пла­стины, покрытые слоем SiО₂, используется реакция разложения силана SiH₄ → Si + H₂ при t° = 600°С. Пленка SiO₂, используемая в качестве защитных покрытий пластин или изоляции между слоями соединений, осаждается окислением силана SiH₄ + O₂ → SiО₂ + H₂ при t° = 200...300°С. Нитрид кремния получают в реакции силана с аммиа­ком SiN₄ + NH₃ → Si₃N₄ + H₂ при t° = 800°С.

Достоинством химического осаждения из газовой фазы являются простота, хоро­шая технологическая совместимость с другими процессами создания полупроводнико­вых ИС (эпитаксия, диффузия) и сравнительно невысокая температура. Скорость оса­ждения пленки составляет в среднем несколько сотых долей микрометра в минуту.

Химическое осаждение из водных растворов. При прохождении электричес­кого тока на катоде осаждается металлическая пленка, толщина которой зависит от значения тока и времени осаждения. Можно получать не только тонкие, но и толстые пленки (20 мкм и более).

8.2.8. Пленочные проводниковые соединения и контакты

Элементы в интегральных схемах соединяют тонкопленочными проводниками. Предварительно в слое SiО₂, покрывающем поверхность пластины, вытравливают контактные отверстия. Проводящую пленку наносят на всю поверхность, а затем ее травят через маску, чтобы получить требуемый рисунок соединений. Материал пленки должен обеспечивать омический контакт с кремнием, иметь низкое удельное сопротивление и выдерживать высокую плотность тока. Он должен быть механически точным, не повреждаться при изменениях температуры из-за разных коэффициен­та расширения пленки, пластины и слоя SiО₂, а также не подвергаться коррозии и не обраэовывать химических соединений с кремнием. Наиболее полно этим требованиям отвечает алюминий, имеющий удельное сопротивление 2,6·10^-6 Ом·см, наноси­ли термическим вакуумным напылением.

После создания рисунка соединений производится вжигание алюминиевых контактов при температуре 550°С в течение 5...10 мин. Алюминий является акцептором, поэтому контакт с областью р-типа всегда омический. Для получения омического контакта с областью n-типа концентрация доноров в ней должна быть выше, чем алюминия. Если концентрация доноров ниже, то произойдет перекомпенсация поверхностного слоя акцепторами (Аl), т.е. изменение электропровод­ности с n-типа на р-тип, приводящее к образованию р-n-перехода. Для формиро­вания омического контакта к n-области с низкой концентрацией доноров необхо­димо предварительно создать сильно легированную контактную n⁺-область с концентрацией доноров порядка 10²⁰ см^-3. В этом случае перекомпенсация акце­пторами невозможна.

В БИС и СБИС недостаточно одного слоя проводниковых соединений, так как не удается осуществить разводку проводников без пересечений. Поэтому создают два или три слоя проводников, разделенных слоями диэлектрика, получаемых ме­тодом осаждения из газовой фазы. В слое SiO₂ делают отверстия для контактов ме­жду проводниками соседних слоев.

Для присоединения внешних выводов к ИС изготовляют контактные площадки (металлизированные участки на кристалле). Как правило, их располагают по перифе­рии полупроводникового кристалла. Они представляют собой расширенные области пленочных проводников и формируются одновременно с разводкой.