Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [ 5 ] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

Перераспределение примесей при оксидировании

При оксидировании в области, прилегающей к поверхности раздела между кремнием и двуокисью кремния, может иметь место значительное перераспределение примесей. Некоторые из примесей, например бор, проявляют склонность к диффузии с поверхности кремния в слой двуокиси. Это явление приводит к снижению уровня концентрации бора на поверхности кремния. Эффект уменьшения концентрации особенно значителен при быстром выращивании слоя двуокиси. При этом концентрация бора может снизиться на целый порядок. Однако глубина слоя в кремниевой цодложке, в котором уменьшается концентрация примесей, весьма невелика и составляет величину от 10 ЛО 150 нм.

Фосфор в процессе оксидирования ведет себя противоположным образом по сравнению с бором. Он не проявляет склонности диффундировать в слой двуокиси кремния и стремится остаться в кремниевой подложке. Таким образом, в процессе оксидирования концентрация фосфора на границе раздела Si - SiOz имеет тенденцию к незначительному увеличению (как правило.

от 10 до 20%). Глубина слоя с повышенной концентрацией фосфора в подложке обычно не превышает 100 нм.

Некоторые положительные ионы, например натрия Na+ или водорода Н+, могут сравнительно легко диффундировать через слой двуокиси кремния даже при низких температурах порядка 150°С. Эти ионы образуют внутри слоя двуокиси кремния положительный пространственный заряд, что в свою очередь ведет к увеличению концентрации свободных электронов в поверхностном слое кремния. Вследствие этого поверхностный слой кремния под пленкой SiOa будет в меньшей сте-бени проявлять свойства полупроводника р-типа или в большей степени- свойства полупроводника п-типа, чем это можно было ожидать исходя из уровня концентрации легирующей примеси. Возникший эффект вместе с уменьшением уровня концентрации бора в течение процесса оксидирования может привести к образованию паразитного инверсионного слоя п-типа под пленкой двуокиси кремния. Последний является определяющей причиной отказов в интегральных схемах, имеющих слаболегированные области р-типа. Это неприятное явление можно устранить, сохраняя сравни-

I 0,2 f

I 0,05

B,01

1 1 M 1 Ml

1 1 1 1 1 1 n

7П 20

50 m zoo

500 ШН

% D.1

0,DZ 0,01

. , ff nil

Фвсфор

, 1 л 11111 1,1.

JS 20

50 MBH

"Рис. 1-11. Минимально необходимая толщина слоя двуокиси для защиты кремния от диффузии бора (а) и фосфора (б) при различных температурах.



тельно высокий уровень поверхностной концентрации бора в областях р-типа (обычно не менее 10" атомов/см) или предотвращая проникновение ионов через пассивирующий слой.

Пассивирование нитридом кремния

Нитрид кремния (81зН4) более устойчив к проникновению ионов, чем двуокись кремния. По этой причине его часто используют в качестве пассивирующего слоя в интегральных схемах, характеристики которых чувствительны к уровню посторонних примесей. В особенности это относится к аналоговым интегральным схемам, включая МОП устройства (металл - окисел - полупроводник), и к схемам, работающим при малых токах. Дополнительным преимуществом нитрида кремния по сравнению с термически наращиваемым слоем двуокиси являются его превосходные, так называемые маскирующие свойства, т. е. свойства, препятствующие проникновению атомов легирующих примесей. Даже такие примеси, как галлий или алюминий, которые легко диффундируют через двуокись кремния, хорощо задерживаются слоем Si3N4.

Пассивирующий слой нитрида кремния чаще всего формируют с помощью процесса пиролитическо-го осаждения при температурах от 800 до 1000°С. Процесс осуществляется путем разложения силана SiH4 в аммиаке NH3 в присутствии газообразного водорода в соответствии с химической реакцией

3SiH4-b4NH3-Si3N4-l- I2H2.

(1-17)

Нитрид кремния часто применяют для завершения процесса пассивирования двуокисью кремния. В этом случае слой ЗхзЫ (толщиной около 100 нм) помещают между двумя слоями двуокиси кремния на поверхности вафли для обеспечения дополнительной устойчивости пас-

сивирующего слоя. Второй слой двуокиси кремния над слоем Sist,, как правило, формируется методом пи-ролитического осаждения. Он служит в качестве маски в процессе фотолитографирования и травления контактных окон в слое нитрида кремния. Проблема травления контактных или диффузионных окон в слое нитрида кремния будет рассмотрена в следующем параграфе.

Пассивирование после металлизации

Иногда оказывается полезным после завершения этапа соединительной металлизации покрыть поверхность интегральной схемы пассивирующим слоем путем пиролитй-ческого осаждения двуокиси кремния или кремниевого стекла. Пассивирование после металлизации, кроме обычных этапов планарного процесса, перечисленных на рис. 1-1, требует введения дополнительных этапов: осаждения диэлектрического слоя и изготовления маски. Но в свою очередь это позволяет получить следующие преимущества:

1. Пассивирующий слой защищает алюминиевую соединительную металлизацию и тонкопленочные резисторы на поверхности монолитной пластинки от случайных повреждений при последующих испытаниях и на этапе помещения схемы в корпус.

2. Пассивирование поверхности позволяет использовать многослойную соединительную металлизацию и упрощает топологию интегральной схемы.

При нанесении кремниевого стекла с целью пассивирования соединительной металлизации вафля . нагревается до температуры не более 400°С, поэтому процесс не оказывает влияния на тонкдпленочные резисторы и соединительнук) металлизацию. Для увеличения плотности осаждаемого слоя двуокиси кремния в него добавляют некоторое количество бора или фосфора.



Кремниевое стекло

ЗРис. 1-12. Структура монолитной пластинки с пленкой кремниевого стекла над соединительной металлизацией.

По окончании этапа пассивирования методом селективного травления отверстий в слое кремниевого стекла . над металлизированными контактными островками изготовляют внешние соединительные контакты схемы. Структура пластинки с монолитной схемой с пленкой кремниевого стекла над соединительной металлизацией показана на рис. 1-12.

1-5. ФОТОЛИТОГРАФИРОВАНИЕ

Первичная разметка интегральной схемы выполняется в таком масштабе, что ее размеры обычно в несколько сотен раз больше окончательных размеров монолитной пластинки. Затем расположение элементов монолитной схемы расчленяется на несколько отдельных масок, каждая из которых соответствует одному этапу технологического процесса. Полученные маски фотографическим способом уменьшают до окончательных размеров монолитной интегральной схемы. В умень-.шенном виде рисунки схемы кон-тактньпи способом печатаются на прозрачном стекле, образуя фотомаски рисунков, которые затем должны быть вытравлены в слое двуокиси кремния. Для применения группового метода изготовления интегральных схем рисунок многократно печатается контактным способом на одной стеклянной пластинке, образуя маску. Пластинка имеет такие размеры, чтобы перекрыть поверхность всей кремниевой вафли. Таким образом, в процессе •одной технологической операции

над всей поверхностью кремниевой вафли можно разместить большое количество одинаковых масок. Затем маска со стеклянной пластинки фотолитографическим методом переносится на поверхность вафли, для чего поверхность вафли сначала покрывают- фоточувстБИтельным слоем фоторезиста. На покрытую фоторезистом вафлю затем накладывают стеклянную маску и экспонируют ультрафиолетовым светом. В результате экспозиции участки фоторезиста, не защищенные непрозрачными элементами маски, полимеризуются и становятся устойчивыми к действию травящего раствора. Далее неэкспонированные участки фоторезиста удаляются и на поверхности вафли остается рисунок маски из фоторезиста. Таким образом, в результате этапа переноса маски на поверхность вафли переносится рисунок, который необходимо вытравить в слое двуокиси кремния в виде полимеризованных участков фоторезиста, устойчивых к действию травящего раствора.

Далее следует этап травления, в течение которого удаляются участки слоя двуокиси кремния, не защищенные экспонированным фоторезистом, и образуются диффузионные или контактные окна. В качестве травящего вещества в этом процессе используют раствор фтористоводородной (HF) кислоты. После травления с помощью специального раствора удаляют фоторезист, и кремниевая вафля готова к следующему этапу дифф ЗИН. Подобный описанному фотолитографический процесс изготовления маски применяют также для формирования металлических межэлементных соединений.

Если для пассивирования поверхности используется нитрид кремния Si3N4, то травление диффузионных или контактных окон становится более сложной проблемой. Слой нитрида кремния подвергается травлению только в кипящей фосфорной Н3РО4 кислоте при тем-



[0] [1] [2] [3] [4] [ 5 ] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.001