Сравнение с другими методами
В таблице 4.1 приведены основные характеристики методов осаждения диэлектрических пленок. Очень малые размеры активных элементов современных СБИС обусловливают прецизионное проведении литографических процессов, формирование топологических рисунков с помощью анизотропного травления и очень мелкую глубину p-n переходов. Эти условия налагают новые требования на процессы осаждения различных пленок. К таким требованиям главным образом относятся: низкая температура осаждения для предотвращения диффузионного размытия мелких p-n переходов; конформное воспроизведение рельефа на поверхности, подвергнутой анизотропному травлению; низкая плотность технологических дефектов (в основном частиц, образующихся на поверхности структур при ручных загрузке и разгрузке подложек) и высокая производительность оборудования для уменьшения себестоимости технологического процесса. Лучше всего перечисленным требованиям удовлетворяют процессы осаждения из парогазовых смесей или плазмохимического осаждения при пониженном давлении в реакторах с горячими стенками. Реакторы такого типа легко могут быть переоборудованы для обработки подложек большого диаметра (125 или 150 мм).
Таблица 4.1 – Сравнение методов химического осаждения
| Свойства пленок | Методы химического осаждения из парогазовых смесей | ||||
| Атмосферное давление | Пониженное давление | Плазмохимическое осаждение | |||
| низкие температуры | высокие температуры | ||||
| Температура, °С | 300-500 | 300-500 | 500-900 | 100-350 | |
| Материалы | SiO2, Фосфорно-силикатное стекло | SiO2, Фосфорно-силикатное стекло | Поликремний, Фосфорно-силикатное стекло, SiO2,Si3N4 | Si3N4 SiO2 | |
| Назначение | Пассивирование, изоляция | Пассивирование, изоляция | Электрод затвора, изоляция, пассивирование | Пассивирование, изоляция | |
| Производительность | Высокая | Высокая | Высокая | Низкая | |
| Воспроизведение рельефа | Плохое | Плохое | Конформное | Плохое | |
| Наличие пылевидных частиц | Много | Мало | Мало | Много | |
| Качество пленки | Удовлетворительное | Удовлетворительное | Высокое | Низкое | |
| Скорость | ~6 нм/мин | ~3 нм/мин | ~3 нм/мин | ~40 нм/мин | |
В отличие от них реакторы, работающие при атмосферном давлении или использующие методы физического осаждения, очень сложно переоборудовать для обработки подложек большого диаметра, обеспечив при этом высокую производительность и низкую плотность технологических дефектов.
Заключение
В настоящее время актуальной задачей является разработка низкотемпературных методов получения диэлектрических материалов в виде тонких высококачественных пленок различного функционального назначения. Использование высокотемпературных процессов для синтеза подобных слоев приводит к генерации и развитию структурных дефектов в полупроводниках, термической деформации подложек, перераспределению примесей в структурах, что неизбежно вызывает снижение выхода годных приборов. Особенно остро эта проблема стоит при изготовлении приборов на основе термически нестабильных полупроводников.
Диэлектрические пленки аморфного нитрида кремния привлекают все большее внимание специалистов различных областей науки и техники благодаря комплексу уникальных физических, химических и механических свойств. К основным характеристикам пленок нитрида кремния, обеспечивающим повышенный интерес специалистов в области микроэлектроники, в первую очередь относятся следующие:
- высокая диффузионная стойкость по отношению к влаге, ионам щелочных металлов, а также элементам-диффузантам, широко применяемым в электронной технике;
- хорошие электроизолирующие и диэлектрические свойства (удельное пробивное напряжение 107 В/см, тангенс угла диэлектрических потерь составляет 1-10" и др.);
- повышенная химическая стойкость в агрессивных газовых и жидких средах (в том числе в условиях высоких температур), не исключающая, однако проведения фотолитографических операций; химическая инертность по отношению к материалам (полупроводникам, диэлектрикам, металлам и т.д.), широко применяемым в технологии полупроводниковых приборов;
- удовлетворительная совместимость по величине коэффициента термического расширения с полупроводниковыми подложками, применяемыми в микроэлектронике;
- высокая термостабильность.
Наиболее часто слои нитрида кремния получают химическим осаждением из газовой фазы, основанном на реакциях взаимодействия моносилана или галогенидов кремния с аммиаком или гидразином при температурах 700-1000 °C. Однако вполне очевидна невозможность использования этих высокотемпературных методов для осаждения пленок на многочисленные виды полупроводниковых структур, деградирующих по разным причинам уже при температурах около 500 °С. Условием снижения температуры осаждения является использование не термических способов подвода к системе энергии, необходимой для инициирования химических реакций, приводящих к осаждению пленки. В этой связи интенсивно разрабатываются низкотемпературные способы получения пленок нитрида кремния: плазмохимические, фотоактивационные, ионноплазменные и т. д.
Однако у плазмохимического осаждение имеется ряд недостатков:
- при традиционной схеме плазмохимического процесса, когда подложки размещаются в области инициирования ВЧ разряда, совмещенной с зоной подачи исходных реагентов, основные параметры процесса (давление, мощность и т. д.) являются взаимозависимыми, и малейшее изменение одного параметра приводит к неконтролируемому изменению других, что создает большие проблемы в управлении осаждением;
- сильная зависимость технологических параметров друг от друга, а также от геометрических особенностей установки, делает невозможным нахождение оптимального режима проведения процесса, пригодного для сколько-нибудь широкого класса экспериментальной аппаратуры;
- полупроводниковые пластины подвергаются бомбардировке высокоэнергетичными частицами плазмы (ионы, электроны), что приводит к генерации в них радиационных дефектов;
- состав получаемых пленок в большинстве случаев не отвечают стехиометрическому соотношению.
Указанные недостатки удается частично преодолеть, используя сравнительно новую модификацию реакторов, в которых подложка вынесена из зоны инициирования плазменного разряда и располагается в области послесвечения. Однако, этот вариант процесса, называемый осаждением в удаленной плазме, остается практически не исследованным, что ограничивает его дальнейшее совершенствование и применение.
К тому же все возрастающую роль в технологии изготовления СБИС будут играть процессы низкотемпературного осаждения, коим является плазмохимическое осаждения, так как максимально допустимая температура технологической обработки полупроводниковых приборов с мелкими p-n переходами составляет ~900-950°C.