Конспект лекций по курсу «Методы получения тонких пленок из газовой фазы в технологии микро - и наноэлектроники и МСТ» (стр. 2 )

где у - толщина осаждаемой пленки на дне ступеньки; х - толщина осаждаемой пленки на горизонтальной поверхности подложки (рис. 1, б).

Структуры третьего вида, кроме указанных характеристик для структур первого вида, или их части характеризуются также показателями заполнения и планаризации (сглаживания) рельефа, к которым относятся:

3.1. Сплошность заполнения рельефа - отсутствие пустот (рис. 1, в).

3.2. Степень локальной планаризации (степень планаризации локального рельефа) βl, %:

(6)

где h1, - конечная высота ступенек или глубина канавок на локальном рельефе (рис. 1, в); h0 - начальная высота ступенек или глубина канавок (рис. 1, а).

3.3. Степень глобальной планаризации (степень планаризации глобального рельефа) βg, %:

(7)

где hg - конечная высота ступенек или глубина канавок на глобальном рельефе (рис. 1, в).

3. Технологические характеристики процессов осаждения функциональных слоев ИМС

К технологическим характеристикам процессов осаждения относятся следующие:

1. Средняя скорость осаждения функционального слоя:

где Vd(max) = dФС(max)/td и Vd(min) = dФС(min)/td - соответственно максимальная и минимальная скорости осаждения функционального слоя на подложке (пластине); dФС(max) и dФС(min) - соответственно максимальная и минимальная толщины функционального слоя на подложке, образующиеся за время осаждения td.

2. Неравномерность скорости осаждения по подложке (пластине), %

3. Селективность осаждения ФС на разные материалы подслоев на поверхности пластины (подложки):

где Vd(n1) и Vd(n2) - соответственно скорости осаждения функционального слоя на материалы подслоев n1 и n2. При Sd() = 0 функциональный слой в процессе осаждения осаждается только на подслой n2. Следует отметить, что селективности осаждения пленки могут зависеть от соотношения площадей подслоев на поверхности пластины. Кроме того, при одинаковых скоростях осаждения функционального слоя на поверхности обоих подслоев (Sd() = 1) может наблюдаться изменение в структуре пленок, осаждаемых на разные подслои.

4.  Анизотропия (показатель анизотропии) осаждения функционального слоя на рельефную поверхность пластины:

,

где Vd(//) и Vd() - соответственно скорости осаждения функционального слоя в направлениях параллельном и перпендикулярном поверхности пластины. При Аd = 1 процесс осаждения обеспечивает конформное осаждение пленок на рельефную поверхность. При Ad »1 процесс осаждения плохо покрывает боковые поверхности рельефа (ступенек, канавок).

5.  Плотность привносимой процессом (операцией) осаждения дефектности на поверхность пластины Dор, дефект/см2

Dор=, (8)

где Db и Da - количество дефектов с размером, большим или равным критическому размеру (dD ≥ dcr) (губительных дефектов) на пластине соответственно до и после операции осаждения функционального слоя; Fw- площадь пластины.

6. Плотность привносимых процессом (операцией) осаждения радиационных дефектов (radiation-induced defects) в поверхностные слои обрабатываемой структуры DrD, дефект/см2, определяемая в соответствии с формулой (8). Причем под радиационными дефектами в зависимости от вида обрабатываемой структуры могут подразумеваться:

- нарушения состава и кристаллической структуры поверхностных слоев,

- пробои диэлектрических пленок,

- изменения электрофизических характеристик МОП структур, контактов и р-n-переходов.

Наибольшую опасность с точки зрения внесения радиационных дефектов представляют процессы осаждения, активируемые плазмой и фотонами в ультрафиолетовой области.

Следует отметить, что приведенные технологические характеристики относятся не только к операциям, но и к оборудованию осаждения функциональных слоев УБИС, так как нельзя отделить процесс от установки, в которой он реализуется. Однако, для оборудования, кроме указанных параметров, существуют еще дополнительные, присущие только ему конструкционно-технологические параметры, которые будут рассмотрены ниже.

Раздел 2. Формирование функциональных слоев СБИС, МСТ методами химического осаждения из газовой фазы.

Лекция 2.

1. Классификация процессов ХОГФ функциональных слоев ИМС

На современном этапе развития классификация процессов ХОГФ может быть объединена в виде схемы, представленной на рисунке 1, включающей четыре большие группы процессов ХОГФ: атмосферного давления (760 Торр), субатмосферного давления (20 - 700 Торр), низкого давления (10-2 - 10 Торр) и сверхнизкого давления (10-3 – 10-6 Торр) [16].

Рисунок 1. Классификация процессов ХОГФ.

Каждая из групп, в свою очередь, подразделяется на более мелкие подгруппы по виду активации, способу подачи реагентов, виду группы материалов, к которой относится осаждаемый слой, и по химическому составу газовой фазы.

Процессы ХОГФ только с термической активацией подразделяются на низкотемпературные процессы до 500 °С, которые выдерживает алюминиевая металлизация и высокотемпературные процессы свыше 500 °С, которые могут быть использованы только на транзисторной части изготовления ИМС (front-end of line - FEOL).

Кроме того, обе группы процессов ХОГФ могут разделяться по скорости нагрева подложки (пластины):

- на обычные равновесные термические процессы, в которых подложка нагревается до рабочей температуры в течение минут, приходя в тепловое равновесие с нагретым подложкодержателем или нагретой реакционной зоной;

- на быстрые термические процессы (БТП), в которых подложка достигает стационарной рабочей температуры (не приходя в термическое равновесие с подложкодержателем или реакционной зоной) с помощью лампового нагрева со скоростями 25 - 150 °С/сек.

Процессы ХОГФ с дополнительной активацией (дополнительной к термической активации) подразделяются по виду активации:

- на плазмоактивируемые процессы - ПА ХОГФ;

- на фотонноактивируемые процессы - ФА ХОГФ (процессы ХОГФ, активируемые излучением;

- на радикальноактивируемые процессы - РА ХОГФ (процессы ХОГФ, активируемые химически активными частицами (радикалами));

- на катализаторноактивируемые процессы - КА ХОГФ (процессы ХОГФ, активируемые адсорбированными на поверхности газовыми частицами, играющими роль катализатора реакции осаждения).

По способу подачи реагентов процессы ХОГФ подразделяются на процессы:

- с непрерывной подачей всех реагентов, участвующих в реакции осаждения функционального слоя;

- с дискретной разнесенной во времени подачей каждого из реагентов, участвующих в реакции осаждения функционального слоя.

Процессы ХОГФ с непрерывной подачей реагентов классифицируются на процессы:

- с подачей реагентов с помощью газа-носителя;

- с прямой (непосредственной) подачей реагентов.

В случае использования жидких реагентов газ-носитель пробулькивается сквозь них или проходит над их поверхностью, захватывая некоторое количество жидких реагентов и подавая их в реактор.

Способ прямой подачи жидкого реагента в реактор включает его нагрев в емкости, превращение в пар и подачу пара по нагретой линии в реактор.

Процессы ХОГФ с дискретной подачей реагентов классифицируются:

- на процессы, в которых в промежутке между подачей каждого из реагентов, участвующих в реакции осаждения функционального слоя, происходит откачка системы или ее продувка инертным газом при том же давлении, что и при подаче реагентов, так что реагенты не встречаются в газовой фазе у поверхности подложки, а происходит периодическая самоостанавливающаяся реакция одного подаваемого реагента с адсорбируемым на поверхности подложки слоем другого реагента. Такие процессы послойного ХОГФ, контролируемые поверхностной химией, называются процессами атомно-слоевого химического осаждения из газовой фазы (АС ХОГФ или сокращенно АСО);

- на процессы, в которых в промежутке между подачей каждого из реагентов, участвующих в реакции осаждения функционального слоя, происходит очень быстрая продувка системы инертным газом при повышенном давлении. Очевидно, что в этом случае реагенты имеют возможность более длительного взаимодействия на поверхности подложки, так как скорости осаждения слоев в несколько раз выше, чем при атомно-слоевом осаждении. Такие процессы ХОГФ называются процессами импульсного химического осаждения слоев из газовой фазы (ИС ХОГФ или сокращенно ИОС).

Естественно, что термоактивируемые процессы ХОГФ с дискретной подачей реагентов также могут быть дополнительно активированы плазмой (ПА АСО), фотонами (ФА ИОС) и радикалами (РА АСО).

2. Стимулированное плазмой осаждение

Плазма тлеющего разряда в химически активных газах при низком давлении используется для создания целого ряда покрытий, применяемых в микроэлектронике. Основное преимущество стимулированных плазмой реакций состоит в том, что они происходят при температурах, значительно меньших, чем в случае термических реакций. В связи с этим появляется возможность осаждать или выращивать пленки на подложках, не обладающих необходимой для термических процессов стабильностью. Другими достоинствами активации плазмой термической реакции являются увеличение скорости осаждения и возможность получения пленок уникального состава.