Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

циальных фильтров. В скафандре создают ламинарный поток чисто­ го воздуха, препятствующий попаданию загрязнений из окружаю­ щей среды. Реактивы, применяемые в производстве, там, где это возможно, поступают на рабочие места после дополнительной фи­ нишной тонкой фильтрации. Это прежде всего относится к реакти­ вам, используемым при химической обработке пластин и фотолито­ графии, деионизованной воде и газам, используемым в термических процессах. Передача пластин после химической обработки на тер­ мические операции, а также после диффузионных процессов на фото­ литографию осуществляется в герметизированных контейнерах, за­ грузка в контейнеры и разгрузка — обязательно в обеспыленной среде.

Длительное хранение пластин после химической обработки обычно не допускается. Процессы химической обработки, как пра­ вило, разрабатывают с таким расчетом, чтобы в течение нескольких часов рабочие пластины были обязательно переданы на следующую операцию. В случае непредвиденной задержки пластины проходят дополнительную (обычно менее сложную) обработку и лишь после этого продолжают технологический цикл.

Современный подход к производству планарных приборов тре­ бует жесткого графика движения рабочих партий по основным опе­ рациям. Обусловлено это тем, что адгезия фоторезистов максимальна со свежеотожженной окисной пленкой, и только в этом случае можно добиться высоких результатов фотолитографии. Большое значение имеет также сокращение разрыва между первой и второй стадией диффузии, поскольку операцияа введения примесей иногда сопровождается осаждением излишнего количества диффузанта на маскирующую окисную пленку и, как следствие этого, ухудшением ее качества.

Для уменьшения неконтролируемых загрязнений загрузку пластин в диффузионные печи осуществляют через специальные обес­ пыленные боксы, либо загружают предварительно пластины в рабо­ чие лодочки, которые затем транспортируются в герметичном контей­ нере к диффузионной печи, а контейнер стыкуют в момент загрузки с реакционной трубой печи. Уменьшению дефектообразования в зна­ чительной степени способствует соблюдение жесткого графика обра­ ботки рабочих камер (труб) печей, в которых проводится диффузия, отжиг держателей пластин непосредственно перед проведением диф­ фузионных процессов, чистота приспособлений для контроля темпе­ ратуры, загрузки лодочки и т. д.

Соблюдение рассмотренных выше условий практически пол­ ностью определяет выход годных изделий при выбранной методике проведения диффузионных и фотолитографических операций.

Перейдем к более подробному описанию основных процессов планарной технологии.

18

1.3. Методы получения и свойства окисных пленок кремния

Планарная технология располагает несколькими методами получения окисных пленок кремния, используемых при диффузии

вкачестве масок. К важнейшим из них можно отнести:

—термическое окисление кремния;

—осаждение окисла кремния с помощью пиролиза силанов;

—анодное окисление в растворах электролита;

—окисление в тлеющем разряде;

—осаждение окисла при помощи химических реакций пере­

носа;

— реактивное распыление кремния.

Перечисленные методы, безусловно, имеют определенные досто­ инства и недостатки при использовании их в производстве полупро­ водниковых приборов.

Так, например, пиролиз силанов, реактивное распыление и ре­ акции переноса позволяют получать окисные пленки не только на кремнии, но и на других материалах, что может быть использовано в планарных германиевых приборах, а также в приборах на основе интерметаллических соединений Аш By. Методы низкотемпера­ турного окисления и реакции переноса используются для создания пассивирующих слоев на структурах с рельефом. Анодное окисле­ ние может быть успешно применено для создания пленок легиро­ ванного окисла, что позволяет вести диффузию из таких пленок. Для пассивации структур различной геометрии может быть также использовано реактивное напыление.

Пиролиз силанов используется в планарной технологии на кремнии для получения толстых слоев окисла при низких температу­ рах, когда термическое окисление неприемлемо из-за существенного изменения параметров диффузионных слоев при температурах окис­ ления. Применение таких пленок необходимо в специальных типах

Рассматривая кратко технологию пиролитического окисления следует отметить, что наиболее часто применяется два метода: пиро­ лиз в потоке газа-носителя и вакуумный пиролиз.

В первом методе газ-носитель, проходя через барботер, захва­ тывает пары силана и поступает в реакционную камеру, представля­ ющую собой обычно кварцевую трубу, помещенную в печь с тем­ пературой, достаточной для разложения силана. Наиболее часто используют тетраэтоксисилан, разлагающийся при температурах порядка 700° С. При разложении образуется двуокись кремния, которая осаждается на помещенные в рабочую зону печи кремниевые пластины. Этот метод дает наиболее совершенные по структуре

19-

пленки, однако он очень критичен к подбору скорости газа-носителя,

зоны постоянной температуры печи, а увеличение этой зоны за счет большей скорости потока вновь приводит к неравномерности пле­ нок по толщине из-за появления завихрений у держателя с пласти­ нами.

лиз. Система для вакуумного пиролиза аналогична рассмотренной выше, с той разницей, что реакционная камера откачивается, а па­ ры силана в контролируемой остаточной атмосфере подаются в си­ стему через натекатель. При этом пары равномерно распределяются по всему объему реакционной камеры и дают равномерное осаждение в зоне постоянной температуры. Трудность метода состоит в создании контролируемой атмосферы в откачиваемом объеме. Появление неконтролируемых загрязнений резко ухудшает качество получа­ емых по этому методу пленок.

Наибольшее распространение в планарной технологии на крем­ нии получил метод термического окисления, при котором окисные пленки получают отжигом подложки в окислительной атмосфере. Термическое окисление выгодно отличается от других методов тех­ нологичностью получения высококачественных пленок. Термиче­ ские пленки исключительно равномерны по толщине, совершенны по структуре и обладают высокими диэлектрическими свойствами. Оп­ ределенное удобство в применении планарной технологии на крем­ нии заключается в возможности сочетать термическое окисление с процессом перераспределения примеси (вторая стадия диффузии),

поскольку оба эти процесса в большинстве случаев могут осу­ ществляться при одной и той же

1,0 г температуре, выбранной с уче­ том требований к диффузионным слоям.

20

Особенность примене­ ния окисления в процессе перераспределения приме­ си состоит в том, что по­ лучение диффузионного слоя с нужными парамет­ рами во многом определяет температурно-врем е н н о й

режим этого процесса и затрудняет варьирование параметров окисного слоя. Чтобы получить окисел нужной толщины и достаточ­ ной плотности, применяют изменяющуюся окислительную среду, используя чаще всего последовательно атмосферу водяного пара и сухого кислорода. Рассмотрим окисление в этих средах.

Окисление в атмосфере водяного пара представляет собой хи­ мическую реакцию между поверхностными атомами кремния и моле­ кулами воды, находящимися в междуузлиях уже образовавшегося окисла. Скорость этой реакции определяется как количеством мо­ лекул воды у границы кремний — окисел, так и скоростью про­ никновения их через окись кремния путем диффузии. Окисление в парах воды при температурах выше 1100° С определяется коэффици­ ентом диффузии воды через окисел и подчиняется параболическому закону [1]. Толщина получаемого при этом окисла зависит от темпе­ ратуры и времени окисления (рис. 1.5).

На практике редко проводят окисление в чистом водяном паре. Обычно в реакционную камеру подается увлажненный газ-носитель, что вносит зависимость скорости окисления от степени увлажнения или температуры испарителя. Кроме того, заметное влияние на ско­ рость окисления оказывает наличие примесей в окисляемом крем­ нии, кристаллографическая ориентация поверхности пластин, со­ став газа-носителя и некоторые другие факторы. В связи с этим в каждом конкретном случае для определения зависимости толщины получаемого окисла от конкретных условий процесса полезно предварительно построить свою градуировочную кривую.

Окисление в сухом кислороде отличается тем, что сквозь ра­ стущую пленку окисла диффундирует не вода, а ионы кислорода. Вследствие меньшего коэффициента диффузии кислорода скорость образования окисла в этом случае гораздо ниже, чем в случае окис­ ления в парах воды. На рис. 1.6 показана зависимость толщины окисла, выращенного в атмосфере сухого кислорода, от режимов окисления.

Применяемое в планарной технологии чередование сухого и «влажного» окисления обычно реализуется с помощью специаль­ ных приспособлений, позволяющих включать в поток кислорода

21