Методы осаждения. 
Основы конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств. 
Интегральные схемы

Вакуумные условия необходимые для реализации процесса нанесения любых покрытий рассмотрены в Гл. 8, § 8.1.

Все методы нанесения покрытий, рассмотренные в Гл. 8, 9, 10 используются при металлизации с некоторыми особенностями.

Выпаривание путем электронно-лучевого нагрева.

Термокатод электронной пушки испускает пучок электронов с величиной тока ~ 1 А, которые ускоряются напряжением 10 кВ и направляются на поверхность испаряемого вещества.

За счет отклонения иучка электронов в магнитном иоле удается избежать попадания примеси с термокатода на подложку. Возможность сканирования электронного пучка по поверхности расплава предотвращает неоднородность скорости осаждения, которая может иметь место при образовании углубления в расплавленном источнике. Используя тигель большой ёмкости, можно получать толстые покрытия без нарушения вакуума и перегрузки источника. Применение большого тигля позволяет отодвинуть пластины от зоны испарения для использования планетарной системы подложкодержателя. Размещение нескольких тиглей, можно последовательно осаждать покрытия из сплавов. Большая мощность электронного луча позволяет увеличить интенсивность испарения и достичь высокой скорости осаждения ~ 0,5 мкм/лшн.

Электронно-лучевым испарением могут быть получены покрытия многих элементов, например Si, Pd, Au, Ti, Mo, Pt, W, а также диэлектриков типа оксида алюминия АЬСЬ.

При напряжении около 10 кВ электронный пучок при взаимодействии с материалом расплава генерирует характеристическое рентгеновское излучение, которое проникает в подложку и вызывает образование дефектов, которые изменяют емкостные характеристики п/п приборов, поэтому после осаждения покрытия кремниевые пластины должны подвергнуться отжигу.

Выпаривание путем индукционного нагрева. Источник с индукционным нагревом позволяет достигать высокой скорости осаждения. Его преимущество перед электронно-лучевым испарением является отсутствие ионизирующего излучения. Однако, интенсивный ВЧ-нагрев может привести к разбрызгиванию расплавленного металла на подложки.

Нанесение ионным распылением. Обычно, для распыления таких металлов как Ti, Pt, Au, Mo, W, Ni, Со используется разряд постоянного тока или ВЧ-разряд в диодных системах. Для распыления диэлектриков структуры оксидов А1₂0₃, Si0₂ необходимо использовать только ВЧ-разряд.

Методы ионно-лучевого распыления также можно использовать для распыления металлов и диэлектриков.

Однако, алюминий трудно распылять в диодных системах, так как окисляющие реагенты в остаточной газовой атмосфере образуют стабильный оксид на его поверхности в процессе воздействия ионов. Для предотвращения образования оксида необходимо использовать трехэлектродную систему.

Отметим некоторые особенности использования ионного распыления применительно к процессу металлизации:

• — возможность осаждения покрытий из сплавов, состав которых подобен составу мишени;
• — внедрения Аг (~ 2%) и остаточного газа (~ 1%) в покрытие;
• — нагрев подложек в диодных системах до ~ 350 °C вторичными электронами, испускаемыми мишенью;
• — при использовании ВЧ-диодной системы имеется возможность подвергнуть бомбардировки подложки ионами (ионное травление), что способствует удалению оксидных и других пленок из окон и улучшению контакта между покрытием и вскрытыми областями;
• — ВЧ-диодная система позволяет организовать процесс ионного осаждения (рост покрытия с одновременным облучением ее ионами), что способствует улучшению качества покрытия, воспроизводящей ступенчатый рельеф поверхности, или сгладить топологический рельеф схемы.

Магнетронное распыление. Данный метод позволяет осаждать А1 и его сплавы с высокой скоростью. Обычно используют два варианта магнетронного распыления для этих целей.

В первом варианте (Рис. 12.1) использован конический магнетрон. Особенностью этого варианта является использование системы концентрического анода и катода с круговой симметрией. В коническом магнетроне поток распыляемого вещества меньше определяемого в соответствии с косинусным распределением, поэтому для одновременного покрытия большого числа подложек может быть использована планетарная система, подобная применяемой с источниками испарения.

Рис. 12.1. Поперечное сечение конического магнетрона. 1 — максимальная эрозия, 2 — анод, 3 — катод

Во втором варианте (Рис. 12.2) использован планарный магнетрон. Он может иметь изменяемую длину, так что покрытием можно покрывать большие площадки подложки. Обычно подложки помещают на плоскости перед магнетроном. Могут быть использованы и планетарные держатели подложек.

Рис. 12.2. Поперечное сечение планарного магнетрона.

1 — магнит, 2 — катод, 3 — максимальная эрозия

Напряжение магнетронных источников значительно меньше напряжения электронно-лучевого источника, поэтому магнетрон генерирует меньше рентгеновского излучения. Скорость роста пленки зависит от расстояния между источником и подложкой и может достигать 1 мкм/мин, при осаждении А1 и его сплавов.

Осаждение из парогазовых смесей. Преимущества химического осаждения из парогазовых смесей (ПГС) заключены в следующем:

• — хорошее качество покрытий, воспроизводящих рельеф поверхности;
• — возможность нанесения покрытий на большое число подложек одновременно;
• — относительно простое оборудование.

В отличии от физического распыления, недостатки которого связаны с проявлением теневого эффекта и низким качеством покрытия ступенек, в процессе химического осаждения из ПГС при пониженном давлении формируется конформное покрытие с широким диапазоном профилей ступенек.

На Рис. 10.1, а, 6 приведены схемы реакторов для химического осаждения из ПГС.

Разработка процесса получения металлических покрытий для ИС методом химического осаждения из парогазовых смесей (ПГС) велась в направлении осаждения веществ W, Мо, Та, Ti, А1. Процесс получения таких покрытий разработан для осаждения на пластины кремния.

Процесс получения вольфрамовых покрытий основан на использовании реакций пиролиза и восстановления. Например, вольфрам можно получить из гексафторида вольфрама WF₆:

В зависимости от типа реактора процесс происходит в температурном диапазоне 60…800°С. Использование WF₆ может привести к уменьшению толщины оксида во время осаждения, а там где гексафторид вольфрама неприемлем, может применяться WCI₆, температура процесса в последнем случае выше.

Для получения покрытий Мо, Та, Ti, А1 используются следующие реакции:

и с применением металлоорганических соединений таких, как триизобутилат алюминия:

с последующей реакцией: