Методы испарения (напыление)

· резистивное

Основано на создании высокого вакуума (длина свободного пробега сравнима с характеристическими размерами). В методе резистивного испарения испарение термическое. Рост пленки – сложный процесс. В основном металлы. Уравнение Герца-Кнудсена. Достаточно высокая скорость роста. Испарение может происходить как из твердой фазы, так и с жидкой фазы.

· индукционное

· электронно-лучевое

Термический вакуумный метод, нагреваем электронным пучком. Большая энергия электронов. Технически сложный метод. Низкий КПД. В тонких пленках возможны радиационные дефекты, которые можно отжигать в процессе роста пленок. Металлы.

· лазерное

Не только металлы. Лазерное излучение должно быть сильно-поглощаемым. Насаждение маленькими дискретными порциями. Получаем пленку с сохранением состава материала, нельзя получить другими методами. Толщины можно очень точно регулировать. Метод перспективный для создания сверхрешеток. Толщина 0,1-10 А.

· электродуговое

Методы ионного распыления (не связаны с высокой температурой)

· ионно-лучевое

Формируется ионный луч. Ионный источник вынесен из системы мишень-подложка.

· ионно-плазменные (универсальный метод: для диэлектриков и металлов)

o катодное распыление

Аргон – тяжелый и дешевый инертный газ. Низкотемпературная газоразрядная плазма. Газ ионизируется. Катод – мишень. Коэффициент распыления линейно растет с энергией ионов. Тлеющий разряд. 

+ низкие температуры

+ распыление тугоплавких металлов

+ получение покрытий различного химического состава (метод реактивного катодного распыления)

+ высокая равномерность осаждение пленок на непланарных поверхностях

+ сохранения состава покрытий

+ получение пленок сложного состава (квазисплав) с использованием мозаичных мишеней: керметы

+ высокая адгезия (прилипание пленок к поверхности)

– низкие скорости роста покрытия (<1нм/с): скорость можно повысить, сильнее распыляя мишень, не можем увеличить ток ионов, так как нужно уменьшить давление, что приведет к уменьшению концентраций, следовательно, повысить скорость не можем.

– растущие пленки не очень чистые

– возможны радиационные дефекты

o магнетронное

Модификация катодного распыления. Диодная система. Катод – мишень. Под катодом создана магнитная система. Между катодом и анодом возникает тлеющий разряд. Движение электрона (иона) будет сложным из-за магнитного поля. Магнитная ловушка. Скрещенные электронные и магнитные поля.

+ высокая скорость осаждения пленок

o высокочастотное

Между катодом и анодом переменное напряжение 13,56 МГц.

Ионно-плазменные (химические) методы получения тонких пленок. Магнетронное напыление.

- Газо-плазменные методы

Химические методы получения тонких пленок.

Газофазные методы (CVD)

Задачи:

· диэлектрические пленки

· реже можно осаждать металлические пленки

· пассивация/герметизация

· чаще всего поликремний (затвор, короткие проводящие участки)

Физическая адгезия не способна удержать тонкие пленки на подложке (маленькая энергия – около 0,2 эВ).

Эпитаксия. Газофазная и молекулярно-лучевая эпитаксия.

Осаждение тонких пленок наращиванием монослоев. 

Эпитаксия должна проходить при высокой температуре и с маленькой скоростью осаждения.

· Газо-фазная эпитаксия

· Молекулярно-лучевая эпитаксия

Проблемы металлизации в технологии ИС.

Главная проблема: время задержки на межсоединениях больше, чем на самих транзисторах.

Контакт металл-полупроводник – диод Шоттки. Возникает потенциальный барьер. Решение – подконтактное легирование. Под контактом всегда должен быть сильнолегированный проводник.

Для металлизации нельзя использовать медь и золото, так как у них плохая (физическая) адгезия и они диффундируют внутрь кремния. У алюминия хорошая (химическая) адгезия, поэтому его используют. Иногда между кремнием и алюминием наносят адгезив (клей).

Адгезия

· Физическая адгезия: Вандервальсовы силы, слабая адгезия, 0,2 эВ.

· Химическая адгезия (хемоадгезия): с протеканием химической реакции, образуются химические связи между веществами, нас интересует этот тип адгезии.

Электромиграция

Гигантские плотности токи. При этом электроны рассеиваются на ионах, в электрической шине возникают дефекты – пустоты. Явление электромиграции определяет срок службы.

Решения:

· ограничивать плотность тока → накладываются ограничения на размеры шин;

· использование поликристаллов;

· использование не чистого алюминия, а с примесями меди, ванадия и др.

Недостатки алюминия:

· прокол p-n перехода, с этой проблемой можно бороться – адгезионный барьер;

· плохая стойкость к электромиграции;

· неконфорное осаждение;

· химически активный материал, не стойкий к высоким температурам.

Нужно разрабатывать конфорные методы осаждения. Такие способы более сложные технологически.

Силициды используются для металлизации.

Методы металлизации

1. Термическое испарение (электронно-лучевой и индукционный нагрев);

2. Распыление (катодное, высокочастотное, магнетронное);

3. Химическое осаждение из парогазовых смесей при пониженном давлении. Преимущества: конформное покрытие, возможность нанесение на большое количество подложек одновременно, простое оборудование.

Адгезионный слой обеспечивает адгезию и предотвращает диффузию.

Металлизация на основе меди