Файл: Моряков, О. С. Вакуумно-термические и термические процессы в полупроводниковом производстве учеб. пособие.pdf

распыляя тантал бомбардировкой ионами кислорода, получают пленки окиси тантала. Так же можно осаждать двуокись и нитрид кремния и другие соединения.

На рис. 59, в показана рабочая камера установки для ионно­ плазменного распыления, которая состоит из вольфрамового като­ да 11, анода 12, мишени 13 (распыляемый материал), неподвижно­ го экрана 14 и заслонки 5, которой можно прикрывать полупровод­ никовую подложку, расположенную перед нагревателем. При ионноплазменном распылении выполняют следующие операции:

откачку рабочей камеры до давления ~10~6 мм рт. ст.; прогрев подложки; включение электродной системы;

подачу инертного газа (до давления 10-4—10~3 мм рт. ст.); ионную бомбардировку (травление) подложки для удаления за­

грязнений; бомбардировку мишени (вначале при закрытой подложке для

удаления загрязнений, а затем с конденсацией распыляемого веще­ ства на поверхности полупроводника).

Ионноплазменное распыление по сравнению с термическим обла­ дает следующими преимуществами:

возможностью предварительной очистки распыляемого материа­ ла и подложки;

возможностью использования материалов с различными свойст­ вами;

безынерционностью (процесс начинается и прекращается сразу после подачи или отключения напряжения);

возможностью получения пленок, равномерных по толщине и составу, а также обладающих высокой адгезией к подложке;

легкостью регулировки режимов распыления; возможностью как одновременного, так и раздельного напыле­

ния различных материалов.

§ 36. Изготовление тонкопленочных интегральных схем

Тонкопленочная интегральная структура (схема) состоит из подложки, активных и пассивных компонентов и проводников, сое­ диняющих их между собой.

А к т и в н ы е к о м п о н е н т ы тонкопленочных интегральных схем (диоды и транзисторы) изготовляют методами планарной, пла­ нарно-эпитаксиальной и элионной технологии, используя металли­ ческие пленки только для создания невыпрямляющих (омических) контактов с различными участками полупроводниковой структуры.

Пленочные диоды и транзисторы в настоящее время находятся на стадии лабораторных исследований. Следует отметить перспек­ тивность тонкопленочных полевых транзисторов с изолированным затвором, где в качестве полупроводников используют поликристаллические пленки сульфида и селенида кадмия, окиси цинка, окиси индия и др. Ведется разработка полевых транзисторов на базе монокристаллических пленок кремния на сапфировой подложке.

100

Технологический процесс изготовления таких транзисторов вклю­ чает кристаллизацию пленки полупроводника, создание металличес­ ких электродов истока и стока, нанесение изоляционного слоя и, наконец, металлического слоя затвора. Подложки выполняют из диэлектриков (боросиликатные и алюмосиликатные стекла, некото­ рые керамические материалы, например окись бериллия, а также ситалл, фотоситалл и кварц).

Коэффициенты термического расширения изоляционных и напы­ ляемых материалов и полупроводниковых пластин (подложек) должны быть согласованы. Подложки должны иметь полированную поверхность \ПЗ — У14 классов, тщательно очищенную от различ­ ных загрязнений. Для очистки подложек используют как химиче­ ские, так и термический способы. При химической очистке подложки обрабатывают органическими растворителями, кислотами и щелоча­ ми и промывают в воде на ультразвуковых установках. Термическая

ются пленочные резисторы, конденсаторы, проводники и, реже, индуктивности.

Материал, применяемый для изготовления резисторов, должен прежде всего обеспечивать заданный диапазон сопротивлений, их стабильность во времени и иметь хорошую адгезию к поверхности подложки. Поэтому для изготовления резисторов используют чистые металлы (хром, тантал, золото, платину, никель, рений), а также сплавы (например, нихром), полупроводники и керметы (хром-мо­ ноокись кремния и танталово-хромовые стекла).

Пленочные конденсаторы имеют две обкладки с разделительной диэлектрической прослойкой, причем материал прослойки должен иметь высокое пробивное напряжение и малые диэлектрические потери. Чаще всего для прослойки используют моноокись кремния (ЭЮ), при соответствующем окислении роль диэлектрика может выполнять также окись алюминия А^Оз.

Величина тонкопленочных индуктивностей составляет несколько микрогенри, так как ограниченные размеры подложек не позволяют развивать их по площади. Эти элементы изготовляют осаждением металла с низким удельным сопротивлением, например золота, в виде различных спиральных дорожек с малым шагом.

Тонкопленочными проводниками соединяют между собой компо­ ненты интегральных схем, а также выводы корпуса. Наличие таких проводников не должно приводить к образованию выпрямляющих контактов. Необходимо также, чтобы материал проводников имел минимальное электрическое сопротивление, хорошее сцепление с подложкой и другими элементами схемы и допускал пайку. В ка­ честве проводников применяют сплавы (например, серебро-марга­ нец) или делают их многослойными, напыляя сначала пленку хро­

ма или титана, а поверх нее серебро или золото.

Как правило тонкопленочные интегральные схемы изготовляют термическим испарением различных материалов в вакууме. Для

101

этого служат напылительные установки, снабженные устройствами, позволяющими выполнять последовательную конденсацию несколь­ ких веществ, например установка для вакуумного напыления УВН-2М-2.

Напыление пленок часто выполняют через маски, которые должны быть изготовлены с высокой точностью, допускать хорошее совме­ щение, не изменять размеров и не выделять загрязнений в процессе работы. Материалом для масок обычно служат латунь, медь, нержа­ веющая сталь, пермаллой, тантал, инвар (в виде фольги) и графит. Маски изготовляют как обычным металлорежущим инструментом, так и ультразвуковыми и электроэрозионными методами, а также фотохимическим травлением и электрохимическим наращиванием.

Фотохимическое травление аналогично фотолитографии и заклю­ чается в вытравливании отверстий требуемой формы на участках металлической фольги, не защищенных слоем фоторезиста, который после окончания процесса удаляют.

Электрохимическое наращивание основано на осаждении сетча­ той металлической пленки (из никеля или меди) на подложку из нержавеющей стали, частично покрытую слоем фоторезиста. Осаж­ дение идет там, где фоторезист отсутствует; на защищенных им местах образуются отверстия. После окончания гальванического процесса остатки фоторезиста удаляют и снимают готовую маску с подложки. Иногда маски делают двухслойными.

При изготовлении интегральных схем вначале напыляют через различные маски пленочные резисторы, конденсаторы, индуктив­ ности и проводники, а затем на подложке монтируют активные компоненты, помещают интегральную структуру в корпус, присое­ диняют к ней выводы и герметизируют.

§ 37. Оборудование для напыления пленок

Рассмотрим устройство и принцип действия вакуумных напыли­ тельных установок на примере установок УВН-2М.-2 (рис. 60, а) и ЖК 43.05 (рис. 60, б), широко используемых в производстве полу­ проводниковых приборов для осаждения металла на полупроводни­

ковые подложки.

Установка УВН-2М-2 (рис. 60, а) состоит из основания, рабочего колпака с механизмом для его подъема, вакуумного поста, системы охлаждения и пульта управления с электрическими блоками.

Основанием установки служит стальной каркас, закрытый ме­ таллическими панелями, внутри которого смонтированы части уста­

новки.

Колпак (рис. 61), расположенный на каркасе установки, пред­ ставляет собой герметичную оболочку 20 из нержавеющей стали вакуумноплотно установленную на плите-основании 13. Для наблю­ дения за технологическим процессом колпак имеет два смотровых окна и снаружи обвит змеевиком, в который можно подавать холод­ ную и горячую воду. Сбоку колпака имеются два натекателя. Непо­ средственно под колпаком располагаются карусель 18 подложек и

102

Рис. 60. Вакуумные напылительные установки:

а - УВН-2М-2, б - Ж К 43.05

масок, нагреватель 4 подложек, очистное устройство 7, карусель испарителей 14 с экранами 16, заслонка 11 с электромагнитным приводом.

Семь позиций восьмипозиционной карусели 18 предназначены для кассет с подложками и масками, а восьмая — для имитатора 5 (контрольного образца, служащего для измерения сопротивления

Рис. 61. Колпак с подколпачным устройством уста­ новки УВН-2М-2:

пленки) и датчика температуры подложек. Карусель вращается со скоростью 50—150 об/мин от электродвигателя 1 относительно неподвижного диска 8, который опирается на стойки 9. Сигналы дат­ чиков карусели передаются на пульт управления через коллектор 1 0 .

Прогреваются подложки нагревателем 4 кольцевого типа, закры­ тым сверху двумя экранами 3 и питаемым через токоввод 6. Поло­ жение нагревателя относительно подложки регулируется в пределах

10 мм.

104