Диэлектрические пленки:
· формируют проводящие участки внутри схемы,
· выполняют роль электрического изолятора между металлами,
· защищают поверхность от воздействия окружающей среды.
Основные используемые материалы:
· Поликремний при добавлении нескольких процентов кислорода становится полуизолирующим материалом - применяется для пассивации ИС.
· SiO2 - предотвращает диффузию примесей щелочных металлов.
· Si3N4 - применяется в качестве маски для травления окисла и как подзатворный диэлектрик.
· SiN - применяется как пассивирующий слой и защитный слой от механических повреждений.
Наиболее распространены метод осаждения из парогазовых смесей при атмосферном и пониженном давлении и плазмохимическое осаждение из парогазовых смесей.
Требования к осаждаемым пленкам:
· толщина пленки должна быть однородной в каждом приборе и на всех подложках, обрабатываемых во время одного технологического процесса,
· структура и состав пленки должны быть полностью контролируемы и воспроизводимы,
· метод осаждения должен быть безопасен, полностью воспроизводим, должен обеспечивать возможность автоматизации и быть дешевым.
Поликремний используется для различных целей:
· в качестве затвора в МОП-приборах,
· для формирования высокоомных резисторов,
· в качестве диффузионных источников при создании мелких p-n переходов,
· для формирования проводящих дорожек,
· для обеспечения невыпрямляющих контактов к монокристаллическому кремнию.
Наиболее важными параметрами процесса осаждения поликремния являются: температура, давление, концентрация реагентов, концентрация легирующей примеси. Поликремний может быть легирован в процессе осаждения за счет добавления в реакционную смесь фосфина, арсина или диборана. Диборан вызывает сильное увеличение скорости осаждения, а добавление арсина или фосфина резко снижает скорость осаждения. При введении легирующих добавок, кроме того, уменьшается равномерность толщины осаждаемых пленок по поверхности подложки.
Существует четыре основных типа реакторов, используемых для процессов осаждения.
Реактор с горячими стенками
Реактор с горячими стенками работает при пониженном давлении и используется для осаждения поликремния, двуокиси кремния и нитрида кремния. Такой реактор состоит из кварцевой трубы, нагреваемой в трехзонной печи. Газовая смесь поступает с одного конца трубы и откачивается с другого. Давление в реакционной камере обычно составляет от 30 до 250 Па, температура 300-900оС, а расход газа 100-1000 см3/мин в пересчете на атмосферное давление. Подложки устанавливаются вертикально, перпендикулярно газовому потоку, в кварцевой лодочке. Достигаемая однородность толщины пленок ±5%.
Основные преимущества реакторов этого типа - превосходная однородность пленок по толщине, большой объем загрузки и способность обрабатывать подложки большого диаметра.
К недостаткам относятся низкая скорость осаждения и частое использование ядовитых, легковоспламеняющихся или способствующих развитию коррозии газов.
Реактор с непрерывной загрузкой
Реактор с непрерывной загрузкой работает при атмосферном давлении. Такой реактор используется для осаждения двуокиси кремния. Образцы проходят через реакционную зону на конвейерной ленте. Реакционные газы, протекая через центральную часть реактора, отсекаются от атмосферы газовыми занавесями, образованными очень быстрым потоком азота. Подложки нагреваются конвективным потоком.
Достоинствами реактора с непрерывной загрузкой являются высокая пропускная способность, хорошая однородность пленок и возможность обрабатывать подложки большого диаметра. К недостаткам относятся большой расход газов и необходимость частой очистки реактора.
Плазмохимический реактор с радиальным распределением газового потока
Реакционная камера представляет собой стеклянный или алюминиевый цилиндр, содержащий внутри два плоских алюминиевых электрода в верхней и нижней частях камеры. Образцы размещаются на заземленном нижнем электроде. Высокочастотное напряжение, подающееся на верхний электрод, создает тлеющий разряд между двумя пластинами. Газовый поток протекает в радиальных направлениях. Нижний заземленный электрод нагревается до температуры 100-400оС. Такие реакторы используются для плазмохимического осаждения двуокиси или нитрида кремния.
Главное достоинство - низкая температура осаждения. Недостатки следующие: емкость реактора ограничена, в частности в него нельзя помещать подложки большого диаметра; подложки должны загружаться и разгружаться вручную; возможно загрязнение подложек падающим сверху рыхлым осадком с ненагретых частей камеры.
Плазмохимический реактор с горячими стенками
В плазмохимическом реакторе с горячими стенками устранены многие недостатки, присущие реактору с радиальным распределением газового потока. В таких реакторах процесс осаждения протекает в кварцевой трубе, нагреваемой в печи. Подложки устанавливаются вертикально, параллельно газовому потоку. Набор электродов, на которых крепятся подложки, представляет собой длинные графитовые или алюминиевые полоски. Сменные полосковые электроды подсоединены к источнику напряжения, создающему тлеющий разряд между электродами.
Достоинства подобных реакторов заключаются в их большой емкости и низкой температуре осаждения.
Однако при установке набора электродов в реакторе возможно образование отдельных частиц, которые в виде пылинок попадают на поверхность подложек. Кроме того, загрузка и выгрузка подложек в таких реакторах должна проводиться вручную.