 |
 |
 |
 |
И очень слабо легированный эпитаксиальный слой выращивается на сильнолегированной подложке. Примером мол<ет служить осаждение 5-мкм эпитаксиального слоя /г-типа с удельным сопротивлением 50 Ом-см {Nо 1-10" см") на подложке /г-типа с удельным сопротивлением 0,005 Ом-см {Nq w \ 10" см"). В результате обратной диффузии примесей из сильнолегпрованной подложки в слаболегированный эпитаксиальный слой на границе раздела п1п вместо ступенчатого распределения примеси получается плавное (рис. 1 35) Поступление донорной при\еси из подложки приводит к уменьшению эффективной толщины слаболегированного эпитаксиального слоя на 1-2 мкм. Чтобы свести к минимуму эффект обратной диффузии из сильнолегнрованнсй «-подложки, используются подложки из материалов, легированных примесями со сравнительно низким коэффициентом диффузии, например сурьмой Sb или мышьяком As, но не фосфором, имеющим более высокий коэффициент диффузии.
1.6.4. Гетероэпнтаксия. На подложке из сапфира, представляющего собой кристаллическую модификацию AlOg, при тщательно контролируемых условиях осаждения можно вырастить эпитаксиальный слой кре.мния. Такой процесс оказывается возможным благодаря сходству кристаллических решеток кремния и сапфира. Это пример гетероэпитаксии, т. е. такого эпитаксиального осаждения, когда подложка и эпитаксиальный слой состоят из различных материалов. Гетероэпнтаксия воз.можна лишь в том случае, если осаждаемый материал очень хорошо согласуется с материалом подложки по типу кристаллической решетки и по величине межатомных промежутков. Если это условие не выполняется, осаждаемый слой будет поликристаллическим, а в некоторых случаях аморфным.
В технологии «кремний-на-сапфире» (КНС) на изолирующей сапфировой подложке выращивается очень тонкий (---1 мкм) эпитаксиальный слой кремния. Такая КНС-структура часто используется для изготовления КМОП ИС. Благодаря изолирующей подложке удается уменьшить паразитную емкость, что в свою очередь приводит к повышению быстродействия и снижению потребляемой мощности КМОП-схем.
1.7. Нанесение металлизации
Заключительный этап технологического цикла обработки пластин - нанесение металлизации. Задача состоит в том, чтобы получить тонкую металлическую пленку определенней конфигурации, т. е. получить рисунок проводящих дорожек, соединяющих между собой размещенные на кристалле приборы и схемные элементы. Рисунок металлизации должен содержать и так называв-
мые контактньи площадки, расположенные по периферии кристалла и предназначенные для приварки проволочных выводов, соединяющих кристалл с контактами корпуса. Выводы обычно представляют собой золотые проволочки диаметром 25 мкм, а контактные площадки имеют размер примерно 100x100 мкм, с тем чтобы на площадке полностью поместился расплющенный конец проволоки с учетом возможного сдвига.
В большинстве интегральных схем, а также дискретных диодов и транзисторов используется металлизация из алюминия А1, Металлическая пленка имеет толщину около 1 мкм, а ширина проводников обычно составляет от 2 до 25 мкм. Алюминий, как материал для металлизации обладает следующими преимуществами:
1. Он имеет сравнительно высокую проводимость.
2. Тонкие пленки из алюминия легко получать вакуумным напылением.
3. Алюминий хорошо адгезирует к кремнию после вжигання при температуре примерно 500 °С или вплавления при температуре эвтектики, 577 °С.
4. Алюминий образует низкоомные, невыпрямляющие (т. е. омические) контакты с кремнием р-тнпа и с сильнолегированным (Ло й: 10" см"*) кремнием п-типа.
Первая операция - осаждение тонкой (~1 мкм) пленки алюминия на поверхность кремниевых пластин. Для этого пластины помещаются в вакуумную напылительную установку. Камера откачивается до давления 0,13-0,013 мПа. Материал, предназначенный для распыления, помещается в вольфрамовую спираль или корзиночку, разогреваемую электрическим током. Зачастую для вакуумного распыления используется электронно-лучевой нагрев. Распыляемый материал помещается в охлаждаемый водой тигель На поверхность материала направляется сфокусированный пучок электронов с очень высокой плотностью мощности. Под воздействием такого пучка небольшой участок материала разогревается до очень высокой температуры и начинает испаряться. Покидающие поверхность молекулы движутся по прямолинейным траекториям. Достигая подложек, молекулы оседают на них, образуя тонкопленочное покрытие (рис. 1.36).
Чтобы распыляемые молекулы на своем пути к подложкам не претерпевали столкновений с молекулами газа, в напылительной камере должен поддерживаться высокий вакуум. Средняя длина свободного пробега газовых молекул в вакуумной камере равна величине 4,5-Ю см, деленной на давление в мм рт. ст. Так, при давлении 10" мм рт. ст. средняя длина свободного пробега составляет 4,5 см, при давлении 10"* мм рт. ст. - 45 см, при давлении 10" мм рт. ст. - 450 см. Типичное расстояние между источником и подложкой - 50 см. Это означает, что при давлении
10" мм рт. ст. (0,13 мПа) практически все испаряющиеся молекулы будут достигать подложки, не претерпевая никаких столкновений. Высокий вакуум нужен также для того, чтобы исключить возможность нежелательных химических реакций между молекулами распыляемого вещества и остаточными газами, находящимися в вакуумной камере.
Толщина напыленного слоя контролируется в процессе осаждения с помощью специального индикатора, выполненного на
Стеклянный налпан
Падлажни , I / / у
Латан иепаря- юи(егася дещест
Истсчнин иапаряе- „
мага i9ea(ecmi9a Плита аансааная
Л ёанрумнам pacaai/
Рис. 1.36. Вак\умн01 распрление.
основе кварцевого кристалла. Кварцевый кристалл расположен таким образом, что на него попадает часть потока испаряемого вещества. По мере роста толщины пленки суммарная масса кристалла возрастает. Это приводит к уменьшению резонансной частоты кристалла, поскольку последняя обратно пропорциональна его массе. Таким образом, сдвиг частоты колебаний кварцевого генератора непосредственно связан с толщиной напыленной пленки По достижении требуемой толщины слоя поток испарителя авто.матически перекрывается с помощью заслонки, устанавливаемой перед источником.
После напыления металлизации в полученной пленке формируется рисунок межсоединений и контактных площадок. Это делается с помощью такого же фотолитографического процесса, который применяется для получения рисунка в слоях SiOg. Для травления алюминия можно использовать растворы различных кислот и оснований, в том числе НС1, Н0РО4, КОН и NaOH.
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 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193