Воспроизведение рельефа подложки

При осаждении двуокиси кремния наблюдается три основных типа воспроизведения рельефа ступенчатой поверхности подложки.

На Рис. 10.9, а показано полностью конформное воспроизведение рельефа ступеньки подложки, то есть толщина пленки на стенках ступеньки не отличается от толщины пленки на дне и на поверхности ступеньки. Конформное воспроизведение рельефа наблюдается в тех случаях, когда реагенты или реактивы на промежуточном этапе реакции адсорбируются на поверхности и затем начинают быстро мигрировать вдоль нее перед тем, как вступить в реакцию. Быстрая миграция приводит к однородной поверхностной концентрации независимо от рельефа и обеспечивает полностью однородную толщину пленки по всей поверхности подложки.

Когда реагенты адсорбируются и реагируют в отсутствии заметной поверхностной миграции, скорость осаждения пропорциональна углу падения молекул газа.

На Рис. 10.9, 6 представлен случай, когда средняя величина пути свободного пробега молекул в газе намного больше размеров ступеньки.

Рис. 10.9. Воспроизведение ступенчатого рельефа осажденной пленкой: а) — конформное покрытие, обусловленное быстрой поверхностной миграцией; 6) — неконформное воспроизведение ступенчатого рельефа при отсутствии поверхностной миграции и больших значениях среднего пути свободного пробега молекул в газе; в) — неконформное воспроизведение ступенчатого рельефа при отсутствии поверхностной миграции и малых значениях среднего пути свободного пробега молекул в газе. 1 — пленка Угол падения молекул на верхней горизонтальной поверхности подложек в обоих направлениях составляет 180°. В верхней точки вертикальной поверхности угол падения составляет всего лишь 90°, поэтому толщина пленки уменьшается в два раза. Вдоль вертикальной стенки угол падения Ф определяется шириной окна, а толщина пленки, которая пропорциональна углу падения может быть рассчитана по формуле:

где W- ширина окна; d — расстояние от верхней поверхности.

При таком способе воспроизведения рельефа толщина пленок на вертикальной поверхности ступенек значительно уменьшается, а на дне ступенек возможно образование трещин, что обусловлено эффектом самоэкранирования.

На Рис. 10.9, в приведена диаграмма, соответствующая случаю отсутствия поверхностной миграции и малых значений среднего пути свободного пробега молекул. Как видно из диаграммы, угол падения молекул реагентов в верхний точки ступеньки составляет 270°, что приводит к более толстому слою в этой точке. Угол падения на дне ступеньки равен всего лишь 90°, чем объясняется более тонкий слой в углубленных точках рельефа. Уменьшение толщины пленки вдоль вертикальных поверхностей связано с обеднением газовой фазы реагентами. Толстый нарост на вершине ступеньки и уменьшение толщины пленки на дне ступеньки способствует формированию вогнутой формы поверхности, которая осложняет процесс осаждения металлических пленок на такую поверхность.

Пленки, осажденные из смеси силана с кислородом при пониженном давлении воспроизводят рельеф, который определяется углом падения молекул. Хотя величина среднего пути свободного пробега еще достаточно велика и составляет несколько сотен микрон, отсутствие поверхностной миграции приводит к данной закономерности (Рис. 10.9, б).

Осаждение двуокиси кремния при атмосферном давлении за счет реакции силана с кислородом вызывает образование наростов в верхней точке ступеньки, что связано с очень коротким средним значением пути свободного пробега молекул при атмосферном давлении (< 0,1 мкм) (Рис. 10.9, «).

Почти конформное воспроизведение рельефа наблюдается при осаждении пленок путем разложения ТЭОС при пониженном давлении. Среднее значение пути свободного пробега в условиях осаждения (700°С и 30 Па) составляет несколько сотен микронов, намного превышает размеры канавки. Следовательно, газофазная диффузия вглубь канавки пренебрежимо мала. Однако очень быстрая поверхностная миграция обуславливает конформное воспроизведение рельефа.

Неправильная форма (вогнутая) канавок из-за нсконформного воспроизведения рельефа приводит к разрывам в металлизации ИС. Кроме того, области на дне канавок зачастую стравливается быстрее, что вызывает дополнительные проблемы при проведении последующих технологических процессов.

Не только двуокиси кремния, но и другие материалы аналогичным образом воспроизводят рельеф ступенчатой поверхности при осаждении. Так, большинство испаряемых или распыляемых металлов при конденсации воспроизводят рельеф ступеньки, подобно тому, как это происходит в процессе осаждения двуокиси кремния по реакции силана с кислородом при пониженном давлении (Рис. 10.9,6). Химически осажденные поликремний и нитриды кремния полностью воспроизводят рельеф ступеньки, а плазмохимичсскос осаждение двуокиси кремния происходит также как осаждение двуокиси кремния при пониженном давлении (Рис. 10.9, б).