Материал: LS-Sb89583

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

___________________

Санкт-Петербургский государственный электротехнический Университет «ЛЭТИ»

ТЕХНОЛОГИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине

"СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ"

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2013

УДК 621.382.8

Технология интегральных микросхем: методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Специальные вопросы технологии интегральных микросхем"/ сост.: О. В. Александров, С. М. Быстров, А. В. Веселов, Л. А. Воробьёва, Т. М. Харькова. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 36 с.

Представлены описания лабораторных работ по основным технологическим процессам изготовления интегральных микросхем: термическому окислению кремния, диффузионному легированию, ионной имплантации, плазмохимическому осаждению и фотолитографии.

Предназначены для студентов специальности 200300 «Электронные приборы и устройства» и направления 210100 «Электроника и наноэлектроника», обучающихся по дневной, очно-заочной (вечерней) и заочной формам обучения.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013

Введение

Целью настоящих методических указаний является практическое изучение основных технологических процессов изготовления интегральных микросхем, включая физико-химические основы процессов, используемые установки и оборудование, методы контроля режимов, методики определения и расчета параметров структур. Лабораторные работы проводятся на промышленном оборудовании в условиях, максимально приближенных к производственному процессу.

Методические указания содержат описания пяти лабораторных работ, которые выполняются бригадами, состоящими из 3-5 студентов. Перед началом выполнения каждой лабораторной работы они должны изучить ее описание по настоящим методическим указаниям и рекомендуемой литературе; ознакомиться с установкой, ее техническим описанием и характеристиками; пройти инструктаж по технике безопасности. После проверки готовности бригада приступает к выполнению лабораторной работы в соответствии с методическими указаниями и под руководством преподавателя. По окончании работы преподавателю представляется отчет бригады с результатами индивидуальных измерений и расчетов в соответствии с требованиями настоящих методических указаний. Результаты выполнения лабораторных работ оцениваются преподавателем на основании представленных отчетов и ответов студентов на контрольные вопросы.

Лабораторная работа 1 ТЕРМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ КРЕМНИЯ

Цель работы: изучение технологии получения слоев диоксида кремния методом термического окисления кремния в сухом кислороде и в парах воды; исследование параметров полученных оксидных слоев.

1.1.Общие сведения

Впланарной технологии интегральных микросхем (ИМС) термическое окисление кремния применяется для получения высококачественных диэлектрических пленок диоксида кремния. Последние используются как маскирующие покрытия в диффузионных и литографических процессах, для изоляции элементов ИМС, пассивации и стабилизации поверхности, в качестве активного диэлектрика в МОП-транзисторах и конденсаторах. Основными па-

3

раметрами пленки термического оксида являются толщина, пористость и встроенный заряд.

К процессу термического окисления и параметрам термического диоксида кремния предъявляются следующие требования:

∙процесс термического окисления должен обеспечивать воспроизводимое получение слоев диоксида кремния с заданными параметрами (толщина, заряд, пористость);

∙оксидный слой должен быть однородным по толщине; относительный разброс толщины оксида по пластине и в партии пластин не должен превышать 5 %;

∙оксидные слои не должны содержать нарушения сплошности, вклю-

чения, дефекты. Плотность пор не должна превышать 103 см−2;

∙ встроенный заряд в оксиде не должен превышать 5·1011 см−2. Тол-

щина оксидной пленки определяется методом цветовых оттенков Ньютона, с помощью интерферометра или методом эллипсометрии в зависимости от диапазона толщин и требуемой точности. Пористость определяется электро-

химическим (пузырьковым) методом, а величина встроенного заряда − по вольт-фарадным характеристикам МОП-конденсатора.

Процесс термического окисления проводят в установках для термического окисления в атмосферах сухого и влажного кислорода или водяного пара при нормальном или повышенном давлении в диапазоне температур 850...1200 ºС. Основные химические реакции при этом следующие:

Si + O2 → SiO2 ; Si + 2H2O → SiO2 + 2H2.

В обоих случаях реакция проходит на внутренней границе SiO2, так что молекулы окислителя O2 или H2O должны диффундировать через слой оксида. При малых временах кинетика окисления определяется стадией поверхностной реакции; скорость окисления постоянна; зависимость толщины оксида x от времени τ линейна:

x = kl τ,

где kl − константа скорости линейного окисления.

При больших временах кинетика окисления определяется диффузией окислителя через пленку оксида и имеет параболический характер:

x = k pτ ,

4

где kp - константа скорости параболического окисления. В общем случае толщина оксида связана со временем окисления квадратным уравнением

где k - постоянная Больцмана (k = 8.62·10−5 эВ/К). Значения параметров температурных зависимостей констант окисления в сухом кислороде и в во-

дяном паре представлены в табл. 1.1 при давлении p = 105 Па (1 атм).

Таблица 1.1

Параметры температурной зависимости констант скорости термического окисления кремния ориентации (111)

В технологии ИМС газ-окислитель обычно разбавляют неактивным га- зом-носителем (Ar, N2), а также увлажняют сухой кислород парами воды или соляной кислоты. В этом случае константы линейного и параболического окисления определяются относительными парциальными давлениями окислителей O2 (pсух) и H2O (pпар):

которые, в свою очередь, определяются соотношениями газовых потоков окислителя и разбавителя.

5