ООО «ИЦЦП»

Методы получения тонких пленок 

Основные методы нанесения тонких пленок на подложку и друг на друга 

1. термическое напыление 

2. электрохимическое напыление  

3. ионно-плазменное напыление 

 4. катодное напыление 

 5. ионноплазмическое напыление Метод термического напыления основан на подаче направленного потока пара вещества и его последующей конденсации на поверхности подложки, имеющей более низкую температуру, чем уровень температуры источника пара. Пленка при конденсации образуется из отдельных атомов или молекул паров вещества. 

Процесс термовакуумного распыления включает в себя следующие стадии: 

1. испарение вещества 

2. движение частиц пара от источника к подложкам 

3. конденсация пара на подложках 

4. зарождение и рост пленки Преимуществом метода считается простота и возможность получе-ния чистых пленок. Недостатками являются сложность распыления туго-плавких веществ, техническая трудность или невозможность воспроизведения химического состава испаряемого вещества на подложке, поскольку при высокой температуре химические соединения диссоциируют, а их компоненты конденсируются на подложке отдельно. Существует вероятность того, что новая комбинация на подложке не будет соответствовать структуре исходной молекулы. Во время катодного и ионно-плазменного распыления энергия, необходимая для отделения атома испаряющегося вещества, получается путем бомбардировки его поверхности ионами плазмы. Атомы вылетают с поверхности катода. Когда данный атом разрушается, его частицы распространяются в окружающем пространстве и конденсируются на подложке. Плазма создается путем возбуждения тлеющего разряда между двумя электродами, расположенными под напряжением 3-6 кВ и под высоким давлением. Газообразная среда при катодном осаждении может быть инертной или химически активной. Процесс распыления в химически активной среде называется реактивным распылением. Метод катодного осаждения позволяет получать тонкие пленки металлов, а также пленки, со-стоящие из различных сплавов, отличающиеся высокой адгезией и однородностью. Например, при низкотемпературном распылении имеется воз-можность получения большой поверхности с лучшей степенью однородности толщины пленки, поскольку осаждение происходит не от точечного источника, а от плоской поверхности катода. Ионно-плазменный метод представляет собой тип катодного распыления, но он осуществляется не бомбардировкой катода, возбуждаемого ионом тлеющего разряда, а бомбардировкой специальной массой газового разряда. Катодное распыление двухэлектродное. Основными недостатка-ми этого способа являются сложность изготовления мишеней определен-ной формы и размера из высокочистых материалов и сложность управления процессами распыления и контроля их низкой скорости роста п 

ООО «ИЦЦП»

Методы формирования диэлектрических покрытий 

Общим для процессов нанесения диэлектрических покрытий различного назначения является требование технологичности, под которым понимается совместимость процессов получения покрытий с изготовлением структуры в целом. Диоксид кремния SiO2, полученный нагревом поверхности кремниевой пластины в присутствии кислорода O2, полностью удо-влетворяет этому требованию. Процесс называется термическим окислением. SiO2 обладает маскирующими свойствами и высокими электрическими характеристиками. Склонность SiO2 к образованию стекла способствует образованию непористой пленки. SiO2 хорошо растворим во фтористом водороде HF, хуже в смеси фтористого водорода и азотной кислоты HF + HNO3, что позволяет эффективно использовать его в качестве маски для селективного травления кремния Si. На практике процесс отгонки приме-сей сочетается с поверхностным окислением. Диэлектрические слои используются для достижения следующих производственных целей: 1. маскирования или диффузного легирования примеси кремния 

2. для пассивации поверхности полупроводника 

3. для изоляции элементов интегральных микросхем друг от друга 

4. для изоляции проводимых слоев в структурах с многослойной разводкой 

5. в качестве активных компонентов в структурах металл-диэлектрик-полупроводник 

6. для защиты полупроводниковой структуры от механических повреждений и воздействия внешней среды 

Существует 2 группы способов нанесения пленок SiO2: 

Группа 1 - связана с использованием материала подложки (активной) Группа 

2 - осаждение пленки SiO2 из внешней фазы Выбор конкретного метода зависит от функционального назначения фильмов. 

Наиболее распространенными являются методы окисления следующих средах: 

1. в сухом кислороде 

 2. в парах воды 

 3. во влажном кислороде 

 4. окисление при повышенном давлении 

 5. простое окисление Согласно экспериментальным данным, в нормальных условиях поверхность свежепереработанного кремния покрывается оксидным слоем толщиной 3 ... 7 нм, после чего дальнейший процесс окисления прекращается. Чтобы продолжить рост оксидной пленки, необходимо активировать перенос реагирующих элементов кислорода или кремния с целью их прямого контакта и образования SiO2. В качестве осушителя для термического окисления в сухом кислороде используется морозильная ловушка или химический поглотитель, что позволяет снизить содержание влаги в кислороде до точки росы. Преимущество - получение высококачественной пленки, а недостаток - низкая скорость окисления. Сочетание двух процессов в парах влажного и сухого кислорода позволяет проводить окисление во влажном кислороде. Кислород подается в увлажнитель. Далее вода нагревается до 95 градусов, что соответствует давлению водяного пара 85 ... 103 Па. Реакция проходит в водяном паре. H2O + Si → SiO2 + H2↑ В рассматриваемых процессах разрушение химических связей реагентов происходит за счет тепловой энергии нагрева пластин. Плазмохимическое осаждение требует энергии расщепления связи, приобретаемой за счет энергии ионов газа, образующихся в плазме. В результате реакции также выделяются пары водорода. Осаждение можно проводить на холодных пластинах. Чтобы улучшить структуру пленок и повысить адгезию к пластинам, их нагревают до 250 градусов. В качестве транспортирующего и плазмообразующего газа используются кислород и аргон.

ООО «ИЦЦП»

Осаждение диэлектрических пленок 

В дополнение к термически выращенному оксиду кремния при производстве современных сверхбольших интегральных схем, как показано выше, используются диэлектрические пленки, в основном оксид и нитрид кремния, полученные методами осаждения. Очень важно, чтобы пленки были однородными по толщине на всех поверхностях, обработанных в одном процессе, а их состав и структура были полностью идентичными и воспроизводимыми. Эти пленки предназначены для электрической изоляции между металлической и кремниевой поверхностями, проводящими слоями, для защиты поверхности чипа от воздействия окружающей среды. Основными методами получения таких пленок являются осаждение из парогазовых смесей при атмосферном или пониженном давлении и плазмохимическое осаждение. Создание сверхбольших интегральных микросхем с субмикронными размерами активных элементов предъявляет особенно высокие требования как к качеству диэлектрических слоев, так и к способам их нанесения. Такие требования включают, прежде всего, необходимость понижения температуры осаждения, чтобы предотвратить эрозию небольших p - n-переходов и точно воспроизвести рельеф на поверхности контура. Этим требованиям можно удовлетворить, используя реакторы пониженного давления для осаждения из парогазовых смесей, и особенно с помощью плазмохимического осаждения. Для понижения температуры можно использовать определенные кремнийорганические соединения при плазмохимическом осаждении, а также метод фотохимического осаждения как диоксида кремния, так и нитрида кремния. Последний способ не требует нагревания до высоких температур, в этом случае можно выдерживать температуры не выше 100 ° С. Кроме того, фотохимическое осаждение не вызывает радиационного повреждения кремния, что является важным условием, препятствующим ухудшению характеристик полупроводниковых приборов. В то же время можно использовать новые диэлектрические материалы, такие как оксинитрид кремния, силикатные стекла сложного состава (бор-фосфат-силикат, свинец-силикат), оксид алюминия или нитрид алюминия. Последние хороши прежде всего потому, что они имеют большое удельное сопротивление и диэлектрическую проницаемость и могут обеспечить высокие уровни напряженности поля пробоя при небольшой толщине. Осаждение вместо окисления пластины может снизить влияние температуры на пластину с использованием широко используемых материалов для получения относительно толстых пленок межслойной изоляции. Для осаждения SiO2 широко используют следующие реакции: 

1. Реакция окисления силана SiH4 + O2 SiO2 + H2O Преимущества: не требует высокотемпературного нагрева пластины (200-300ºС); отсутствие загрязнения пленки; высокая скорость осаждения - до 0,1 мкм в минуту; возможность осаждения легирующего оксида в качестве твердого диффузанта. Недостатком является токсичность и взрывоопасность силана. 2. Пиролитическое осаждение SiO2 из кремнийорганического соединения (тетраэтоксисилан) Si(OC2H5)4 SiO2 + 4 C2H4 + 2H2O Достоинство – процесс безопасен. Недостаток – загрузка пленки 

3. Осаждение нитрида кремния Si3N4 6 Si + 4 N2 2 Si3N4 Даже при температуре 1300ºС скорость реакции низка, поэтому при производстве используются реакции взаимодействия гидрида кремния или галогенов с аммиаком или гидрозином. 

Использование метода атомно-слоевого осаждения и травления покрытий в производстве

 Метод атомно-слоевого осаждения представляет собой физико-химический процесс образования тонкой пленки, толщина которой измеряется нанометрами, на плоском и объемном участке поверхности с высокой равномерностью по толщине. Данный тип пленок образуется следующим образом. Деталь, на которую требуется нанести пленку помещают в специальную камеру. Далее в камере поднимают температуру до требуемого значения. В большинстве случаев достаточно 200…4000С. 

В ряде случаев имеется возможность использования плазменной стимуляции, что позволяет снизить требуемый порог температуры до значений, сопоставимых с комфортными для человеческой жизнедеятельности. После помещения заготовки в камеру и ее нагрева до требуемой температуры происходит «опрыскивание» данной детали. Частицы поверхности обрабатываемой детали реагируют с частицами среды. В результате реакции образуется тонкая пленка на детали толщиной в 1 частицу и процесс может быть повторен. 

Со временем нарастает пленка требуемой толщины и реакцию прекращают. Метод атомно-слоевого осаждения имеет следующие преимущества: 

1. Возможность контролировать толщину образующейся пленки; 

2. Однородность нанесения на деталь; 

3. Отсутствие микропор и дефектов; 

4. Возможность без дополнительных трудозатрат и расчетов повторить требуемый результат на другой детали; 

5. Сравнительно невысокая требуемая температура для выполнения работы Метод атомно-слоевого осаждения широко применяется в различных сферах, в том числе и в электронной промышленности. В результате роста требований к уменьшению размеров различных девайсов и гаджетов производители стараются уменьшить и компоненты электрических схем устройств, что диктует требования к уменьшению в том числе и толщины изолирующих и токопроводящих участков. Данный метод позволяет реализовать эти требования с улучшением характеристик производимого устройства. Таким образом, метод атомно-слоевого осаждения дает широкие возможности в производстве различных изделий и компонентов. Его использование позволяет получать детали с более высокой степенью точности и износостойкости, что актуально в машиностроении, а так же уменьшать размеры компонентов электрических схем, что находит свое применение в электронной промышленности.