5. Базовые технологические процессы изготовления ис.

Методы получения пленок. Вакуумные.Вакуумно-термическое испарение. Его разновидности: лазерное, электронно-лучевое, «взрывное». Особенности испарения сплавов и композиционных смесей. Типы и конструкции испарителей. Плазменные методы получения пленок. Плазма. Тлеющий разряд. Определение и терминология. Классификация плазменных процессов и конструктивное оформление распылительных устройств. Катодное распыление (КР). Реактивное распыление (РР). Ионно-плазменное распыление (ИПР). Высокочастотное распыление. Распыление со смещением. Ионное распыление. Термоионное распыление. Магнетронные распылительные устройства. Упрощенное описание механизма распыления. Схема устройства. Получение пленок из газовой фазы. Сущность, основные понятия и определение эпитаксии. Факторы влияющие на эпитаксию. Хлоридные и силановый методы получения эпитаксиальных слоев. Легирование при эпитаксии. Гетероэпитаксия (КНС - кремний на сапфире). Функции диэлектрических пленок в ИЭОТ. Требование, предъявляемые к ним. Термическое окисление Si - базовый процесс получения аморфных слоев в технологии ИС. Окисление в сухом, в кислороде и в парах воды. Окисление под давлением, в хлорсодержащей среде. Пиролитическое получение пленок из газовой фазы при нормальном и пониженном давлении. Плазмохимическое осаждение. Получение пленок поликристаллического кремния (ПКК), оксида и нитрида кремния в технологии ИЭОТ. Параметры процесса и их контроль.

0. 5.1 Вакуумно-термическое испарение

Все вещества в зависимости от температуры нагрева могут находиться в одном из трех фазовых (агрегатных) состояний: твердом, жидком или газообразном (парообразном). Испаре­ние, т. е. переход вещества в парообразное состояние, происходит, когда с повышением температуры средняя колебатель­ная энергия его частиц возрастает настолько, что становится выше энергии связи с другими частицами и они покидают по­верхность (испаряются) и распространяются в свободном про­странстве.

Условной, практически установленной температурой испарения считается температура, при которой давление насыщенного пара вещества составляет приблизительно 1,3 Па.

Температуры плавления и испарения наиболее важных элементов приведены В таблице. Из этой таблицы видно, что условная температура испарения большинства элементов выше их температуры плавления, т. е. испарение происходит из жид­кого состояния. Некоторые вещества имеют условную температу­ру испарения ниже температуры плавления, т. е. они достаточно интенсивно испаряются из твердого состояния. Процесс пере­хода вещества из твердого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу, называют сублимацией (или возгонкой).

Скорость испарения, т. е. количество вещества (в граммах), покидающее 1 см свободной поверхности в 1 с при условной температуре Т_y , рассчитывают по формуле

(5.1.1)

Где М - молекулярная масса, г/моль.

По этой формуле можно определить, например, какова скорость испарения алюминия, имеющего М = 27 и Т_у - 1423:

(5.1.2)

Скорость испарения большинства элементов при T_y состав­ляет 10^-4 г/(см².с). Для получения приемлемых скоростей роста пленки, а также экономного расходования материала (нередко дорогостоящего) следует создавать условия движения частиц испаряемого вещества преимущественно по направлению к подложке. При этом необходим достаточно глубокий вакуум, при котором исключаются столкновения молекул остаточного газа с молекулами вещества и рассеивание их потока на пути к подложке.

Поток испаренного вещества, состоящий из молекул (ато­мов) , не претерпевающих на своем пути столкновений и рассе­яний и движущихся вследствие этого прямолинейно, называют молекулярным потоком. Для определения условий существова­ния молекулярного потока удобнее характеризовать степень вакуума не давлением остаточного газа, а средней длиной сво­бодного пробега его молекул.

Из формулы (3) следует, что уже при давлении р = 10^-2 Па средняя длина свободного пробега молекул составляет 50 см, что превышает реальное расстояние от испарителя до подложки (обычно не более 30 см) . Таким образом, для создания прямо­линейных траекторий движения молекул вещества в простран­стве между испарителем и подложкой необходимо давление порядка 10^-3 - 10^-5 Па.