Материал: UnEncrypted

Рисунок 8.16 – До пояснення принципу голографії

−інформация про об'єкт записується інтегрально: кожна точка видимої поверхні об'єкта записується по всій поверхні голограми; тому псування частини поверхні голограми не приводить у багатьох випадках до втрати інформації;

−на відміну від фотографування метод голографії не потребує застосування лінзових систем.

При фотографуванні інформація передається по ланцюжку: об'єкт → світлова хвиля → фотопластина → око. В голографії ж інформація передається по іншому ланцюжку: об'єкт → світлова хвиля → фотопластина (голограма) → світлова хвиля → око. При цьому обидві світлові хвилі, фігуруючі в останньому ланцюжку, є еквівалентними. Тому при розгляді голограми (освітленою опорною хвилею) око спостерігача сприймає не двовимірне зображення об'єкта, а сам об'єкт як він є. При прочитуванні голограм тривимірних реальних об'єктів спостерігають саме тривимірні реальні об'єкти. Голограма відтворює об'ємне зображення, що має з оптичної точки зору властивості реального об'єкта.

Голографічний метод одержує широке практичне застосування для вирішення різних завдань, таких, як розпізнавання образів, побудова блоків пам'яті великої місткості, введення і виведення інформації, в технології виготовлення мікросхем і багатьох інших.

120

9 ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ НАПІВПРОВІДНИКОВОЇ МІКРОЕЛЕКТРОНІКИ

9.1 Загальні відомості

В основу технології виготовлення виробів мікроелектроніки покладений інтегрально-груповий принцип, що передбачає одночасне формування великого числа елементів в неподіленому стані на загальній пластині (підкладці). При цьому кожний елемент утворюється як інтегральний результат оброблення окремих ділянок початкового матеріалу і додання їм властивостей відповідно до функціонального призначення елементу.

Головне завдання технології мікроелектроніки – створення ІМС з мінімальними розмірами структурних елементів, високим ступенем їх інтеграції, стабільністю властивостей і характеристик і високою надійністю. Технологія мікроелектроніки базується на багатьох технологічних прийомах, що раніше використовувались в напівпровідниковому виробництві і при виготовленні плівкових покриттів, що одержали подальший розвиток.

Як наголошувалося в розділі 1, в технології мікроелектроніки визначилися два головні напрями:

−напівпровідниковий, об'єднуючий процеси формування напівпровідникових структур;

−плівковий, об'єднуючий процеси формування плівкових структур.

Основу технології мікроелектроніки складають процеси обох напрямів; до окремої групи входять процеси формування закінченої конструкції ІМС. Для виготовлення ІМС певного конструктивнотехнологічного типу використовують відповідну кількість різних процесів, виконуваних в певній послідовності.

Технологічним процесом мікроелектроніки називають процес виготовлення виробів з матеріалів, що складається з ряду послідовних технологічних і контрольних операцій.

Технологічна операція – закінчена частина технологічного процесу, виконувана на одному робочому місці і на одному устаткуванні. Складовими частинами технологічної операції є технологічні переходи й прийоми. В процесі виконання кожної технологічної операції відбувається поетапне формування структури ІМС. Важливим аспектом вдосконалення технології мікроелектроніки є інтеграція операцій на одному робочому місці.

Формування структури ІМС можна здійснити різними технологічними методами, які характеризуються певною сукупністю злагоджених технологічних операцій. Тому для виготовлення одного і того ж конструктивного типу ІМС можна використовувати різні

121

технологічні процеси. Проте з метою уніфікації технології і конструкції ІМС, а також для оптимізації «базового» (основного) структурного елементу ІМС найефективнішими є типові технологічні процеси, що забезпечують тільки певне конструктивне виконання ІМС. Такі процеси розробляються на основі різних технологічних операцій і методів.

Технологічну основу мікроелектроніки складають процеси, призначені для формування напівпровідникових і плівкових структур. З урахуванням класифікації, наведеної в розділі 1, до них відносяться процеси:

−нанесення шарів з різних матеріалів (напівпровідників, діелектриків, провідників) на поверхню напівпровідникових пластин і діелектричних підкладок (епітаксія, нарощування, напилення);

−перерозподіли атомів в об'ємі твердої фази для легування напівпровідників з метою створення локальних областей з різним типом електропровідності (дифузія, іонне легування);

−перерозподіли атомів і видалення речовини (літографія) для локального оброблення.

Необхідно відзначити, що ці процеси є сумісними; їх проведення засновано на групових методах оброблення.

9.2 Отримання шарів оксиду і нітриду кремнію

У виробництві напівпровідникових ІМС важливу роль відіграють шари оксиду SiO2 і нітриду Si3 N4 кремнію, які мають маскуючі,

діелектричні, ізолюючі і захисні властивості. В конструкції напівпровідникових ІМС ці шари використовують для ізоляції елементів, як діелектрик підзатвора в МДН-транзисторах і діелектрик в МДНконденсаторах, як підкладка для розміщення контактних площадок і внутрішньосхемних з'єднань з металевих плівок, для міжшарової ізоляції розведення і захисту кристалів.

Утехнології виготовлення напівпровідникових ІМС головне

призначення шарів SiO2 і Si3 N4 – створення маски, необхідної при локальному обробленні напівпровідникових пластин. Крім того, шари SiO2 використовують як джерело домішок при легуванні напівпровідників.

Отримання шарів SiO2 і Si3 N4 , спільно з літографією складають основу планарної технології ІМС.

122

Методи отримання шарівSiO2 . За участю поверхні початкової напівпровідникової пластини в утворенні з'єднання SiO2 методи отримання шарів оксиду кремнію поділяють на дві групи:

−методи, засновані на хімічній реакції при взаємодії матеріалу пластини з окислювачем;

−методи, засновані на формуванні окисної фази при поставці готових кремнієкисневих асоціацій із зовнішнього середовища.

Упланарній технології частіше всього використовують (або можливе використовування) таких методів:

−термічне окислення кремнію;

−осадження оксиду кремнію за допомогою піролізу силанів;

−анодне окислення в розчинах електроліту;

−окислення в тліючому розряді (низькотемпературній кисневій плазмі), плазмохімічне осадження;

−осадження оксиду за допомогою хімічних реакцій перенесення;

−реактивне катодне розпилювання кремнію;

−окислення пористого кремнію.

Кожний з перерахованих методів має певні переваги і недоліки при

використовуванні його у виробництві напівпровідникових структур.

Так, наприклад, піроліз силанів, реактивне розпилювання і реакції перенесення дозволяють одержувати оксидні шари не тільки на кремнії, але і на інших матеріалах, що може бути використане в планарних

германієвих приладах, а також в приладах на основі з'єднань АIII ВV . Методи низькотемпературного окислення і реакції перенесення застосовують для створення пасивувальних шарів на структурах з рельєфом, анодне окислення — для створення шарів легованого оксиду, що дозволяє здійснювати дифузію з таких шарів. Для пасивації структур різної геометрії можна застосовувати також реактивне напилення.

Піроліз силанів використовують в планарній технології на кремнії для отримання товстих шарів оксиду при низьких температурах, коли термічне окислення неприйнятне через істотну зміну параметрів дифузійних шарів при температурах окислення. Такі шари необхідні в спеціальних типах транзисторів, зокрема в НВЧ-транзисторах, для зменшення сумарної ємності колектора, значний внесок в яку вносить ємність контактних площадок, розташованих на оксиді.

Найчастіше застосовують два методи: піроліз в потоці газу-носія і вакуумний піроліз.

При піролізі, в потоці газу газ-носій, проходячи через, барботер, захоплює пари силану і надходить в реакційну камеру, яка являє собою кварцову трубу, поміщену в піч з температурою, достатньою для розкладання силану. Звичайно використовують тетраетоксисилан, що розкладається при 700°С. При розкладанні утворюється оксид кремнію,

123

який осідає на поміщені в робочу зону печі кремнієві пластини. Цей метод дає найдоскональніші за структурою шари, проте він дуже критичний до підбору швидкості газу-носія, конструкції утримувачів пластин й самої системи. Це пояснюється тим, що досить важко одержати ламінарний потік без завихрень, що дає рівномірні плівки по всій площі осадження. Крім того, зона, в якій розкладання силану не приводить ще до помітного зниження його концентрації в потоці, звичайно менша зони з постійною температурою в печі, а збільшення цієї зони за рахунок більшої швидкості потоку також приводить до нерівномірності плівок за товщиною через появу завихрень у утримувача з пластинами.

У тих випадках, коли рівномірність шару оксиду за товщиною є головною вимогою, застосовують вакуумний піроліз. Система отримання шарів при вакуумному піролізі аналогічна розглянутій, різниця лише в тому, що реакційна камера відкачується, а пари силану в контрольованій залишковій атмосфері подаються в систему через натікач. При цьому пари рівномірно розподіляються по всьому об'єму реакційної камери і дають рівномірне осадження в зоні з постійною температурою. Трудність методу полягає в створенні контрольованої атмосфери у відкачуваному об'ємі. Поява неконтрольованих забруднень різко погіршує якість одержуваних цим методом шарів.

Термічне окислення — найбільш поширене в планарній технології за кремнієвим методом, при якому шари оксиду одержують шляхом відпалу пластин в окислювальній атмосфері. Метод заснований на високотемпературних реакціях кремнію з киснем або кисневмісними речовинами. Термічне окислення вигідно відрізняється від інших методів технологічністю отримання високоякісних шарів. Оксидні шари досконалі за рівномірністю товщини і за структурою і мають високі діелектричні властивості. Застосування планарної технології на кремнії дає можливість поєднувати термічне окислення з процесом перерозподілу домішки (друга стадія дифузії), оскільки обидва ці процеси в більшості випадків можуть здійснюватися при одній і тій же температурі, вибраній з урахуванням вимог до дифузійних шарів.

Є два основні різновиди методу термічного окислення кремнію: а) високотемпературне окислення в атмосфері сухого кисню або зволожених газів (кисню, азоту, аргону), а також водяної пари при атмосферному

тиску; б) окислення в парах води при високому тиску і температурі 500 – 800º С.

Процес термічного окислення відбувається в три стадії:

а) адсорбція окислювача на поверхні початкової пластини, покритої оксидом;

б) перенесення окислювача через оксидний шар; в) реакція окислювача з кремнієм на межі поділу кремній – оксид кремнію.

124