Оси пластины

Доза облучения определяет концентрацию внедренной в пластину примеси.

Энергия ионов определяет глубину проникновения примеси в пластину.

Основные параметры ионного легирования. Особенности ионного легирования.

Основные параметры процесса ионного легирования.

1. Энергия ионов Е - энергия, с которой примесь внедряется в полупроводник.

E=q • n • U, где q - элементарный заряд;

n - кратность ионизации иона (обычно n = 1);

U - ускоряющее напряжение.

Обычно Е = 20 - 200 кэВ

2. Плотность тока ионного пучка j

Обычно j = 0,1 - 100 мкА/см²

3. Доза облучения Q

Q = j • t; где t - время облучения полупроводниковой пластины.

Для ИМС используют дозы облучения Q = 0,02 – 1000 мкКул /см²

3. Угол наклона ионного пучка к направлению главной кристаллографической

Обычно составляет 7 - 8°.

Особенности ионного легирования.

Преимущества:

4. высокая точность и воспроизводимость глубины и степени легирования за счет легкого контроля параметров ионного легирования;

5. время процесса составляет несколько минут;

6. низкие температуры процесса;

7. возможность формирования практически любого профиля легирования;

8. точное воспроизведение рисунка маски при локальном легировании.

Недостатки:

1. необходимость проведения отжига;

2. трудно воспроизводимы глубокие легированные слои;

3. сложно однородно залегировать пластины большого диаметра из-за расфокусировки ионного пучка;

4. сложность оборудования

Довольно часто на практике ионное легирование совмещают с процессом диффузии:

1. ионным легированием загоняют примесь в полупроводниковую пластину (т.е. проводят "загонку" примеси), а затем пластины передают на диффузионный отжиг (т.е. проводят "разгонку" примеси). Благодаря сочетанию достоинств легирования и диффузии получают нужное распределение примеси при необходимой глубине слоя.

2. в слой поликремния, лежащий на поверхности пластины, ионным легированием внедряют примесь, а затем проводят диффузионный отжиг ("разгонку") для перераспределения примеси из поликремния в пластину.

Тема: Плазмохимические процессы.

Общие сведения о вакууме, ионизации газа, плазме.

Вакуумом называется разреженное состояние газа, т.е. такое состояние, при котором давление газа в некотором замкнутом герметичном объеме ниже атмосферного давления.

Для того, чтобы создать вакуум в какой- либо установке, из нее необходимо откачать газы. Идеальный вакуум получить нельзя (вакуум - пустота).

Единицами измерения вакуума являются: 1 Паскаль (Па) или 1 мм ртутного столба.

1 мм рт. столба = 133 Па (1 Па = 1 Н/м²)

760 мм рт. столба ≈ 10⁵ Па

Молекулы газа массой m в количестве n, находясь в замкнутом объеме и ударяясь со среднеквадратичной скоростью v о стенки сосуда (в котором они находятся), создают в нем давление

Если Р = 10⁵ – 10¹ Па, в сосуде создан низкий вакуум

Если Р = 10^-1 – 10¹ Па - средний вакуум

Если Р = 10^-1 – 10^-5 Па - высокий вакуум

Если P < 10^-5 Па - сверхвысокий вакуум

Для получения вакуума в установках используются механические и диффузионные насосы.

Ионизацией газа называется процесс превращения нейтральных молекул газа в положительно заряженные ионы.

4. нейтральная молекула газа

5. первичный электрон

6. отраженный первичный электрон

7. вторичный электрон

8. положительно заряженный ион газа

В обычных условиях в газе всегда присутствуют свободные электроны. Если в газ поместить катод и анод, то под действием электрического поля эти электроны начинают ускоряться при своём движении в сторону анода. Сталкиваясь на своём пути с нейтральной молекулой газа, первичный электрон выбивает из молекулы газа вторичный электрон, превращая нейтральную молекулу в положительно заряженный ион. Отраженный первичный электрон и вторичный электрон ускоряются под действием электрического поля и ионизируют другие молекулы газа.

При высоком напряжении электрического поля процесс ионизации газа приобретает лавинообразный характер. Газ становится проводником электрического тока.

При столкновении нейтральных молекул газа с электронами происходит возбуждение этих молекул и их ионизация. При этом концентрация положительно заряженных ионов газа и концентрация электронов приблизительно одинаковы и очень высоки. Такое состояние газовой среды называется плазмой.

Плазмохимическое осаждение SiO₂

При плазмохимическом осаждении (ПХО) SiO₂ происходит разложение сложных кремнийсодержащих соединений под действием высокочастотного (ВЧ) разряда, образующего в газовой среде при пониженном давлении низкотемпературную кислородную плазму.

Температура процесса более низкая, чем при пиролитическом осаждении SiО₂, поэтому получаемый оксид кремния можно использовать для пассивации поверхности ИМС (защиты от внешних воздействий), т.к. при осаждении такого окисла не происходит взаимодействия кремния с металлом межсоединений, а созданные в полупроводниковой пластине области р- и n- типа проводимости не увеличивают своих размеров.

В качестве рабочих газов используют соединения кремния и окислители:

или

Скорость осаждения SiO₂ в этом методе составляет 0,1 - 10 мкм/час. Осажденные пленки отличаются от пленок, полученных без плазмы, большей плотностью, лучшей адгезией, низким уровнем механических напряжений. Однако они имеют остаточный заряд.

Схема реактора установки для ПХО

1 - вакуумная камера

2 - подложкодержатель

3 - п/п пластины

4 - штыревые электроды

5 - газораспределитель

6 - инфракрасный нагреватель

7 ПХО проводят в установках серии УВП.

Подложкодержатель выполнен в виде вращающейся пирамиды из дюралюминия, на внутренней поверхности которой крепятся пластины. Плазма зажигается между штыревыми электродами, включенными в сеть ВЧ - генератора. Газовую смесь подают через газораспределитель. Нагрев пластин осуществляется системой ИК – ламп

Плазмохимическое травление (ПХТ)

При изготовлении ИМС высокой степени интеграции (БИС и СБИС), размеры элементов которых достигают 0,5 - 1,0 мкм, жидкостные методы травления не могут быть использованы из-за их недостатков. Более эффективны при этом «сухие» методы обработки, основанные на взаимодействии газоразрядной плазмы с поверхностным слоем подложек.

При «сухих» методах нет бокового подтравливания, характерного для химического жидкостного травления, поэтому клин травления уменьшается (или вообще отсутствует), и вертикальный профиль рельефного рисунка элементов приближается к идеальному, т.е. процесс ПХТ - анизотропен.

Кроме того, «сухое» травление слабо зависит от адгезии фоторезиста к подложке и после снятия фоторезиста не требуется проведения операций промывки и сушки пластин.