КР_ПиПИИЭ_Синяк_исправлено
.pdfМинистерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Проектирование и производство изделий интегральной электроники»
Выполнил: студент гр. 990241
Синяк Ю.И.
Проверил: Телеш Е.В.
Минск 2023
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1. |
Технология нанесения пленок молибдена, вольфрама магнетронным |
|
распылением. ........................................................................................................... |
3 |
|
2. |
Маршрутный процесс формирования многоколлекторного транзистора... |
8 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТИОЧНИКОВ ......................................... |
14 |
2
1.Технология нанесения пленок молибдена, вольфрама магнетронным распылением.
В настоящее время тонкие пленки молибдена находят широкое применение в многослойных системах металлизации при производстве изделий микроэлектроники в качестве барьерного металла и диодов Шоттки, так как хорошо подвергаются сухому травлению, имеют меньший, чем у алюминия, размер зерна, а высота потенциального барьера к кремнию n-типа составляет 0,68 В.
Удельное сопротивление молибдена является одним из основных параметров, определяющих его использование в производстве интегральных схем на современном этапе.
На формирование структуры, а в конечном итоге и свойства тонких пленок существенное влияние оказывает скорость осаждения пленкообразующих частиц на подложку. Свойства молибдена существенно зависят от толщины пленки. В этой связи необходимо обеспечивать рост покрытия с определенной скоростью для получения требуемой толщины и структуры покрытия.
Пленки молибдена наносили на пластины монокристаллического кремния КЭФ 20 (100) толщиной 280 ± 20 мкм методом магнетронного распыления на установке непрерывного действия «Оратория 29» с криогенной системой откачки, обеспечивающей предельное остаточное давление не хуже 10-5 Па. Расстояние мишень – подложка составляло 80 мм. Скорость движения подложек по треку Vk – 110 мм/мин. Чистота молибденовой мишени не хуже 99,93%. В качестве рабочего газа использовался аргон чистотой не хуже 99,99%. В процессе распыления варьировались следующие условия нанесения: давление аргона РAr, мощность магнетронного разряда W и ток нагревателя пластин Ih, определяющий температуру подложек при нанесении пленки. Эти факторы принципиально влияют на процесс поглощения рабочего газа пленкой, скорость ее роста и характер зародышеобразования. Контроль толщины нанесенных пленок производился при помощи микроинтерферометра МИИ-4, профилометра AlphaStep 200 и растрового электронного микроскопа (РЭМ) S-806 фирмы Hitachi (Япония). Определение поверхностного сопротивления проводилось при помощи измерителя. OmniMap RS-30, фирмы Prometrix Corp. (США). Фазовый состав и текстуру пленок исследовали на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2. Структурно– морфологические параметры пленок определялись просвечивающим электронным микроскопом (ПЭМ) S-800 фирмы Hitachi (Япония) в режимах «на просвет» и получения «электронограмм».
На рисунках 1 и 2 представлены зависимости скорости осаждения и удельного сопротивления пленок от мощности разряда магнетрона соответственно.
3
Рисунок 1. – Зависимость скорости осаждения пленки от мощности магнетронного разряда:
Рисунок 2. – Зависимости удельного сопротивления при различных токах нагрева: без нагрева (1), ток нагрева 6 А (2) (давление аргона 0,8 Па, скорость конвейера 110 мм/мин) от мощности магнетронного разряда
Как видно из рисунка 1, мощность магнетрона однозначно определяет скорость осаждения тонкой пленки. При этом из рисунка 2 видно, что в случае нанесения пленки на холодную подложку кривая зависимости его удельного сопротивления имеет так называемую «полку насыщения» на уровне 0,13 мкОм∙м при мощности распыления более 0,7 кВт. При меньших значениях мощности наблюдается рост удельного сопротивления.
В случае осаждения пленок с предварительным нагревом пластин током ИК лампы 6,0 А (что соответствует температуре 480ºС) «полка насыщения» находится на уровне 0,11 мкОм∙м, начиная со значений мощности более 0,5 кВт. С уменьшением мощности до 0,25 кВт значение удельного сопротивления возрастает до 0,14 мкОм∙м.
4
В таблице 1 представлены данные о влиянии толщины пленки на удельное сопротивление при постоянной скорости нанесения, давлении аргона и без предварительного нагрева.
Таблица 2 – Удельное сопротивление при различной толщине пленок молибдена; W = 1,0 кВт, PAr = 0,8 кВт, скорость нанесения 4,0 нм/с
Толщина пленки, мкм |
Удельное сопротивление, мкОм∙м |
0,22 |
0,130 |
0,11 |
0,144 |
0,075 |
0,152 |
Сравнение данных на рисунке 2 и таблице 1 позволяет сделать вывод, что нельзя объяснить поведение зависимости удельного сопротивления одним только влиянием толщины пленки, так как при постоянной скорости осаждения уменьшение толщины пленки в три раза приводит к увеличению удельного сопротивления менее чем на 20%.
На рисунке 3 представлены ПЭМ–снимки пленок молибдена и их реплик, нанесенных с различными скоростями.
а |
б |
в |
г |
|
|
Рисунок 3 – Микроструктура пленок молибдена |
|
||
а – ПЭМ-фотопленки молибдена при W = 0,25 кВт, PAr = 0,5 |
Па, |
Ih = 6,0 А; б – морфология пленки, нанесенной в предыдущих режимах; в – ПЭМфотопленки молибдена при W = 0,55 кВт, PAr = 0,5 Па, Ih = 6,0 А; г – морфология пленки
Из рисунка 3а и 3в видно, что размер зерна увеличивается с наращиванием мощности разряда от 20 – 40 до 40 – 80 нм, что, по нашему мнению, объясняет характер зависимости удельного сопротивления от мощности. Результаты электронографического анализа показали, что образец на рисунке 3в, имеет более ярко выраженную текстуру в направлении <110> по сравнению с рисунком 3а. Сравнение рисунков 3б и 3г также
5
свидетельствует о снижении микронеровностей поверхности пленки при увеличении скорости осаждения.
При данной морфологии поверхности и размерах зерна пленок молибдена обеспечивается минимальная неровность края при формировании фотолитографического рисунка.
Таким образом, снижение удельного сопротивления при увеличении скорости осаждения обуславливается увеличением размеров кристаллитов и приобретением ими пространственно-ориентированной текстуры. Однако существует предел мощности разряда, при превышении которого дальнейшего снижения удельного сопротивления не происходит.
На рисунках 4 и 5 представлены зависимости удельного сопротивления молибденовых пленок и механических напряжений в них от давления аргона при постоянной мощности разряда соответственно.
Рисунок 4 – Зависимости удельного сопротивления пленок молибдена при различных токах нагрева Ih, А:
1– 0; 2 – 6 (W = 0,5 кВт, Vk = 110 мм/мин) от давления аргона
Рисунок 5 – Зависимости механических напряжений от давления аргона
6
Как известно, атомы рабочего газа всегда присутствуют в нанесенных пленках. Причем их содержание может достигать нескольких процентов. Внедренные таким образом в пленку они будут влиять на процесс ее роста, а значит, и на удельное сопротивление.
При напылении молибдена на подложку без предварительного нагрева, как видно из рисунка 4, удельное сопротивление пленки увеличивается с ростом давления аргона. В случае нагрева подложки увеличение удельного сопротивления с ростом давления происходит не сразу, а начиная с давления аргона 1,2 Па. Данный характер зависимостей обуславливается кинетикой роста пленки на нагретой подложке, то есть атомы рабочего газа, мигрирующие по поверхности вместе с атомами молибдена, успевают в большинстве своем десорбироваться. Так происходит до тех пор, пока их концентрация на поверхности растущей пленки не достигнет критического значения.
Анализ данных ПЭМ показал, что существенных отличий при одинаковой скорости осаждения и токе нагрева по размерам зерен (он составлял 20 – 40 нм) и структуре пленки нет. То есть полученные данные должны интерпретироваться только с точки зрения содержания аргона в пленке.
Таким образом, с увеличением давления аргона происходит рост удельного сопротивления и механических напряжений (соответственно и ухудшение адгезии в подложке) в тонких пленках молибдена, что обуславливает нецелесообразность их использования в указанных диапазонах изменения технологических факторов.
Как видно из рисунков 2 и 4, нагрев подложек перед нанесением пленки позволяет порой более чем на 20% уменьшить удельное сопротивление тонких молибденовых пленок, что обусловлено увеличением размеров зерна и десорбцией атомов рабочего газа из наносимой пленки. При этом среднеквадратическое отклонение удельного сопротивления снижается вдвое при увеличении тока нагрева от 0 до 6 А.
Таким образом, изменением условий нанесения тонких пленок молибдена можно регулировать их удельное сопротивление, размер зерна, внутренние механические напряжения.
7
2.Маршрутный процесс формирования многоколлекторного транзистора.
1. Формирование партии пластин. Предусматривает формирование партии по 25 пластин на установке лазерной маркировки "Импульс".
Рабочие пластины
100 |
= |
3,5 КЭФ1,5/6КЭ |
С20 |
|
|
||
|
|
380 К80КДБ1 |
II) |
Спутник со сплошным скрытым слоем
n+
100 |
= |
3,5 КЭФ1,5/6КЭ |
С20 |
|
|
||
|
|
380 К80КДБ1 |
II) |
n
p
2.Гидромеханическая отмывка. Предназначена для удаления механических загрязнений с помощью деионизованной воды марки А на линии "Лада-1". Включает: очистку – 25 с; промывку I – 10 с; промывку II – 15 с; сушку – 10 с.
3.Химическая обработка. Удаление органических и неорганических загрязнений в перекисно-аммиачном растворе при Т=75°С, 10 мин. с последующей отмывкой в деионизованной воде.
4.Контроль качества химобработки. Производится невооруженным глазом и под микроскопом ММУ-3 или МИМ-7 при увеличении >240*.
Невооруженным глазом: рабочая поверхность пластин должна быть чистой без пятен, подтеков, разводов и грязных полос.
Под микроскопом в темном и светлом полях в 5 точках: допускается не более 2 светящихся точек; мелкая сыпь над скрытым слоем; структурные дефекты, которые светятся в темном поле и не исчезают в светлом.
8
5. Окисление высокотемпературное. Создание защитного слоя SiO2. Операция проводится в несколько этапов:
№ |
Наименование |
Температура, |
Время, |
Состав, |
Оборудование |
|
п/п |
этапа |
|
мин |
расход |
|
|
|
|
|
|
газа, л/ч |
|
|
1 |
Загрузка |
900 |
10 |
сух. О2/HCl |
|
|
(15) |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
2 |
Выдержка |
900 |
10 |
- // - |
Электропечь |
|
3 |
Нагрев |
до 1000 |
10 |
сух. О2/HCl |
||
диффузионная |
||||||
(15) |
||||||
|
|
|
|
однозонная |
||
4 |
Окисление |
1000 |
60 |
- // - |
||
СДО125/3-15,0 |
||||||
5 |
Выдержка |
1000 |
10 |
сух. О2 |
||
|
||||||
6 |
Охлаждение |
до 900 |
20 |
- // - |
|
|
7 |
Выгрузка |
900 |
10 |
- // - |
|
Толщина оксида 0,42 мкм. Загрузка 100 пластин.
SiO2
n
n+
p
6. Контроль после окисления (или диффузии). Проводится в 5 точках в темном поле при ув. > 240* под микроскопом ММУ-3 (МИМ-7).
Допускается:
−в поле зрения не более 5 светящихся точек;
−структурные дефекты, которые светятся в темном поле и не исчезают
всветлом;
−неравномерный цвет окисла в местах соприкосновения пластины с кассетой;
−мелкая сыпь в местах разделительных дорожек;
−дефекты фотолитографии (островки окисла);
−наличие мелкой сыпи по всей поверхности пластины;
−мелкая сыпь в коллекторных и эмиттерных окнах.
9
7. Фотолитография под разделение. Формирование окон в маскирующей пленке фоторезиста для последующей диффузии примесей через маску SiO2 с целью создания разделительных областей. Используется автомат для нанесения фоторезиста 08ФН-75/2-002 и установка совмещения и
экспонирования ЭМ-584 или ЭМ-584А. |
|
Марка фоторезиста |
ФП-РН-7 |
Скорость вращения центрифуги, об/мин |
1500 |
Температура сушки, °С |
90 |
Время сушки, мин |
6 |
Температура задубливания, °С |
120 |
Время задубливания, мин |
6 |
Толщина пленки фоторезиста, мкм |
0,8 |
Время экспонирования при осв. 50000 лк, с |
20 |
Время проявления, с |
10 |
Проявление производится с помощью 0,5% раствора КОН на автомате проявления фоторезиста 08ФП-75-4.
8.Травление оксида кремния. Операция служит для удаления оксида с незащищенных фоторезистом участков. Проводится на установке химической
обработки в травителе НF + Н2О.
Промывка в деионизованной воде 2 мин до достижения удельного сопротивления воды на выходе из ванны >3 М0м*см. Сушка 3 мин при скорости вращения центрифуги 1000 об/мин.
9.Снятие фоторезиста. Удаление защитной маски фоторезиста после создания в пленке оксида рисунка требуемой конфигурации. Производится на
установке химической обработки в травителе Н2S04 + NН4NО3 (10:1) последовательно в двух ваннах: t1=7 мин, t2=5 мин, с последующей промывкой деионизованной водой в трехкаскадной ванне t3=3 мин в каждом отсеке. Дополнительная отмывка 2 мин. Сушка 3 мин при скорости центрифуги 1000 об/мин.
10.Контроль пластин после фотолитографии. Производится на установке визуального контроля по двум диаметрам перпендикулярно базовому срезу. Контролируются: чистота поверхности; качество травления; неровность края; качество совмещения; линейные размеры вскрытых областей
иметаллизированных дорожек.
11.Химобработка пластин.
12.Контроль химобработки.
13.Диффузия бора. Операция служит для создания поверхностного источника примеси р-типа. Диффузант ВВr3. Операция включает следующие этапы:
10