Анизотропное травление

 

Исходные данные. 

 

1. Расчет  режимов термического окисления  кремния.

 

           Метод термического окисления  кремния позволяет получать маскирующие  пленки, равномерные по толщине  и структуре, позволяющие проводить локальную диффузию или ионную имплантацию. Термическое окисление кремния проводят в парах воды, в сухом и во влажном кислороде.

                                                          →

                                                    →

           Пленки, получаемые в атмосфере сухого кислорода, имеют более совершенную структуру, но низкую скорость роста. Пленки же, полученные в парах воды,  либо во влажном кислороде имеют менее совершенную структуру, но скорость роста при этом выше.

         Рассчитаем время окисления во влажном и сухом кислороде для толщин окислов ~ 0.1 мкм, ~1.6 мкм, при температуре окисления 1200ºС.

                  

                                            , 

рассмотрим предельный случай, когда  , т.е. время окисления велико.

                                            

                                                 

1) Константы  А, В для окисления во влажном  кислороде: А=0,05 мкм, В=0.720 мкм²/ч 

 

 

2) Константы  А, В для окисления в сухом  кислороде: А=0,04 мкм, В=0.045 мкм²/ч

 

 

 Таким образом,  видно, что скорость окисления  в сухом кислороде значительно  ниже скорости окисления во  влажном, а также чем больше  требуемая толщина окисла, тем  больше время окисления. 
 

2. Описание  процесса фотолитографии и травления окисла.

 

        Фотолитография является основным технологическим процессом при производстве интегральных микросхем и полупроводниковых приборов.

        Сущность фотолитографии заключается  в следующем: на поверхность пластины наносят тонкий слой светочувствительного материала – фоторезист, затем: первая сушка фр – пленкообразование (18º-20º, 90º-100º), экспонирование фоторезиста контактным способом, проявление фоторезиста, вторая сушка фоторезиста – полимеризация (18º-20º, 140º-200º), контроль рельефа рисунка в пленке фоторезиста, травление подложки, снятие пленки фоторезиста с поверхности подложки, контроль рельефа рисунка в пленке фоторезиста.

        Подготовка поверхности исходной  подложки к нанесению фоторезиста включает ряд последовательных обработок в химических растворах и растворителях с целью удалений различных загрязнений и адсорбированных газов.

       Основные параметры пленки фр: бездефектность, толщина, равномерность  толщины по всей поверхности, адгезия определяются способом нанесении на подложку слоя фр.

        Фоторезисты, по характеру протекающих  в них реакций, подразделяют  на: позитивные  - под действием  света образуются растворимые  участки за счет фотораспада,  оставшийся на поверхности слой фр в точности повторяет рисунок оригинала; негативные – под действием света образуют нерастворимые участки пленки за счет фотополимеризации, и после проявления остаются на его поверхности. К негативным относится поливинилциннамат,  циклокаучук с различными добавками; к позитивным – составы на основе новолака и светочувствительного нафтохинондиазида (растворители – спирты, кетоны, ароматические углеводороды, диоксан, ксилол и др.). Операция проявления пленки фр после экспонирования заключается в обработке подложки с пленкой в растворах с целью удаления определенных участков пленки: облученных – для позитивных и необлученных для негативных.

        Перенос изображения осуществляется  методом химического травления  локальных участков подложки  через открытые места в маске, роль которой выполняет пленка фр заданного рельефа. В процессе химической обработки происходит не только травление материала по глубине, но и подтравливание его под защитной пленкой фр (образуется клин травления).

        Для получения рельефа в пленках широко используют травитель следующего состава:

                                     

        Завершающим этапом фотолитографии  является снятие пленки фр  с поверхности подложки. Для этого используют физико-химические методы, основанные на предварительном набухании пленки фр в растворителях и кислотах и механическом удалении набухшего фр с поверхности подложки.

3. Расчет режимов диффузии.

 

Диффузия примеси  состоит из двух этапов:

1)   Диффузия  из бесконечного источника (загонка);

2. Диффузия из ограниченного источника (разгонка);

 

Расчёт режима разгонки:

Исходные данные:

- глубина залегания  p-n перехода X_p-n;

- поверхностная  концентрация примеси C_S;

- концентрация  примеси в подложке С_B; 

Из формулы

, где х – глубина залегания  p-n перехода

Находим концентрацию примеси в подложке, исходя из удельного  сопротивления пластины

;        ;       

;

;        

  ;

При условии  , находим произведение коэффициента диффузии на время разгонки.

Найдем коэффициент  диффузии

,       где 

Время разгонки

Расчёт режима загонки:

Доза легирования: 10е¹² см^-3

Зададим температуру  разгонки

Для данной температуры  найдем предельную растворимость в  кремнии, которая равна максимальной поверхностной концентрации при загонке (С_S = 10²¹см^-3).

По выбранному Т_З найдем коэффициент диффузии:

Время загонки:

 

Профиль распределения  легирующей примеси: 

 
 

5. Описание  процесса и режимов металлизации. Описание присоединения внешних  выводов.

 

       Металлизация - процесс создания металлических токопроводящих шин между электродами элементов (межсоединения) и контактных площадок. Требования к системе металлизации: система металлизации должна обеспечивать низкое сопротивление контактов, металл должен обладать хорошим сцеплением с диэлектриком, иметь высокое разрешение, должен быть металлургически совместимым со сплавами, которые применяются для присоединения внешних выводов.

       Последовательность операций: напыление  металла (наиболее распространенный - алюминий), нанесение на полученную  пленку с помощью фотолитографии  требуемого рисунка и термообработка  или вжигание для образования  низкоомных контактов к кремнию.

       Металлизация алюминием получила  широкое распространение. Пленки  Al, полученные испарением в вакууме, нанесенные на поверхность являются поликристаллическими и легко обрабатываются методами фотолитографии. После полученного рисунка алюминиевое покрытие подвергают термообработке (Т~550º несколько минут) для получения низкоомного контакта к кремнию.

              Невыпрямляющие контакты характеризуются  сопротивлением и линейностью  в рабочем диапазоне температур. Сильное легирование поверхности полупроводника один из способов уменьшения сопротивления контакта. Наиболее удобным оказывается изготовление омического контакта с использованием сплава, содержащего примеси того же типа, что и содержащиеся в полупроводнике, с которым осуществляется контакт (доноры для электрического полупроводника и акцепторы для дырочного полупроводника). Для создания контактов на n-Si применяют золото.

                При соединении материала этого контакта к полупроводнику в приконтактной области образуется тонкий рекристаллизованный слой полупроводника, значительно обогащенный соответствующей примесью. Чаще всего для омических контактов используют: свинец, олово, их сплавы и  золото.

                  Поскольку активные области в  ИМС составляют единицы кв. мкм, и сделать электрические выводы к ним методами термокомпрессии, не повреждая  p-n –переход, очень трудно, поэтому создают контактную площадку. Контактные площадки выполняют с подслоем титана из Ti-Ni, Ti-Ag, Ti –Au, или из чистого Al.               Метод термокомпрессии основан на испарении материалов при нагревании в вакууме и конденсации их паров на холодных пластинах в виде тонких пленок. Этот метод обладает рядом преимуществ: отличается простотой оборудования и процесса, высокой производительностью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Составление маршрута изготовления тензорезистора с рисунками.   

                          

1. Двустороннее  термическое окисление, в результате, толщина окисла с планарной  стороны ~0.1 мкм, с непланарной – 1.6 – 2 мкм. 

 
 

2. Двусторонняя  фотолитография (вскрываются окна  под анизотропное травление  (не  планарная сторона),  планарная  – окна под диффузию). 

                                     
 
 

3. Формирование тензорезистора посредством диффузии (загонка примеси из твердого источника и её последующая разгонка), или ионной имплантации.

                                                         

                                                        

4. Фотолитография  с использованием  шаблона для  контактных окон, вскрытие окон, удаление фоторезиста. 

 

5. Напыление  алюминия, фотолитография с шаблоном  для металлизации, травление алюминия  и удаление фоторезиста.

                    

                                        

                                                            

6. Нанесение защитного слоя диэлектрика SiO₂ . 

7. Вскрытие окон в защитном слое SiO₂ под внешние выводы.