Роль тонкопленочной технологии в производстве интегральных схем

 

3) Пиролитическое разложение. Этот метод в основном применяется  для получения углеродных пленок. Одним из принципиальных ограничений,  затрудняющих реализацию этого  метода, является поддержание относительно  высокой температуры подложки. В  дополнение к этому затрудняется  контроль за толщиной пленки, отчасти из-за проблемы создания  устройства управления и, отчасти,  из-зa трудности получить хорошую равномерность толщины пленки на большой поверхности вследствие сильной зависимости скорости осаждения от температуры подложки. Получение пленок с высокой степенью равномерности толщины затруднено из-за различий газового состава в атмосфере камеры. Однако в промышленности широко используется метод эпитаксиального осаждения полупроводниковых пленок. Стремятся к тому, чтобы пленки, полученные этим методом, имели меньшую концентрацию примесей по сравнению с пленками, полученными методами напыления в вакууме и катодного распыления. При данном методе осаждения применять маски не представляется возможным из-за высокой температуры подложки и природы напыляемого материала.

 

4) Гидролиз. Этот метод  получения пленочных резисторов  ограничивается оловянными оксидными  пленками и требует температуры  подложки свыше 500° С или выше. Обычно стремятся получить пленки с высокой степенью шероховатости поверхности, и поэтому контроль за точной величиной сопротивления сложен. Гидролиз, так же как и метод пиролитического разложения, не позволяет применять маски. Пленки, полученные этим методом, имеют хорошую адгезию с подложкой. Этот метод хорошо использовать в промышленности.

 

5)Химическое осаждение.  Тонкопленочные резисторы на  основе химически осажденных  пленок в настоящее время находятся  еще в стадии разработки. Этот  метод так же хорошо использовать  в промышленности однако, к сожалению, он применим лишь для ограниченной номенклатуры металлов. По-видимому, контроль можно вести только по одному времени течения процесса, и вполне вероятно, что при этом могут возникнуть те же проблемы обеспечения равномерности, что и в случае метода пиролитического разложения.

 

Одним из аспектов получения  резисторов с помощью любого из описанных  методов является организация специальной  металлургии проводников. Для многих резистивных материалов важно, чтобы  проводящий слой осаждался в той  же установке, что и резистивная  пленка. Это особенно важно для  материалов с низким поверхностным  сопротивлением. Обычно осаждение пленок из двух различных материалов не представляет сложности при напылении в  вакууме или пиролитическом разложении. Однако для метода катодного распыления необходимы специальные установки, в которых многокатодные системы обеспечивают быстрое последующее осаждение второго металла. Достоинства и недостатки различных методов осаждения представлены в табл. 1.

 

 

5. Факторы, влияющие на свойства  тонких   пленок

 

Рост одного вещества на подложке из другого вещества —  очень сложный процесс, зависящий от большого числа трудно контролируемых параметров: структуры подложки, состояния ее поверхности, температуры, свойств испаряемого вещества и скорости его осаждения, материала и конструкции испарителя, степени разрежения, состава остаточной среды и ряда других.

    

Свойства пленки                Факторы, влияющие на указанные свойства. 

 

Размер зерен                                   Материал подложки и пленки. Загрязнения подложки.

                    Подвижность атомов осаждаемого материала на поверхности

                    подложки (температура подложки, скорость осаждения).

                    Структура поверхности подложки (степень шероховатости,

                    наличие кристаллов)   

Расположение кристаллов         Структура подложки ''(монокристаллическая,  

                    поликристаллическая или аморфная). Загрязнения подложки

                    (нарушение структуры пленки). Температура подложки

                    (обеспечение необходимой подвижности атомов осаждаемого

                    материала)    

Адгезия между пленкой          Материал подложки и пленки. Дополнительные процессы

                   (например, образование промежуточного слоя окисла

                   между пленкой и подложкой). Загрязнение подложки.

                     Подвижность атомов осаждаемого материала 

Загрязнение                       Чистота испаряемого материала. Материал испарителя.

                    Загрязнение подложки. Степень разрежения и состав

                           остаточной среды. Соотношение между давлением

                                                            остаточных газов и скоростью осаждения      

Окисление                     Степень химического сродства осаждаемого материала к

                  кислороду. Поглощение водяных паров подложкой.

                   Температура подложки. Степень разрежения и состав

                                остаточной среды. Соотношение между давлением

                                                           остаточных газов и скоростью осаждения      

Напряжение                      Материал пленки и подложки. Температура подложки.

                  Размер зерен, включения, кристаллографические дефекты в

                   пленке. Отжиг. Угол между молекулярным пучком и подложкой

 

В зависимости от конкретных условий осаждения пленки одного и того же вещества могут иметь следующие основные структурные особенности: аморфную структуру, характеризующуюся отсутствием кристаллической решетки; коллоидную (мелкозернистую) структуру, характеризующуюся наличием очень мелких кристалликов (менее 10~2 мкм); гранулярную (крупнозернистую) структуру, имеющую крупные кристаллы (10-1 мкм и более); монокристаллическую структуру, когда вся пленка представляет собой сплошную кристаллическую решетку атомов данного материала.

 

6. Тонкопленочные резисторы

 

Если еще недавно тонкопленочные резисторы использовались главным образом при изготовлении гибридных ИС, то за последние годы они все шире начинают применяться в производстве монолитных ИС по совмещенной технологии. Замена диффузионных резисторов на тонкопленочные дает целый ряд преимуществ: низкий температурный коэффициент 'сопротивления, низкую паразитную емкость, более высокую радиационную стойкость, более высокую точность номинала и др.

В качестве резистивных материалов тонкопленочных резисторов используют чистые металлы и сплавы с высоким  электрическим сопротивлением, а  также специальные материалы  — керметы, которые состоят из частиц металла и диэлектрика (например, Cr и SiO). Широко распространены пленки хрома и тантала.⁴

Резистивные  пленки  чаще всего имеют мелкозернистую дисперсную .структуру. Наличие дисперсности г, структуре пленок позволяет в первом приближении рассматривать их электросопротивление как суммарное сопротивление отдельных гранул и барьеров между ними, при котором характер общего сопротивления определяет величину и знак ТК.С. Так, например, если преобладающим является сопротивление самих зерен, то проводимость пленки имеет металлический характер и ТКС будет положительным. С другой стороны, если сопротивление обусловлено прохождением электронов через промежутки между зернами (что обычно имеет место при малых толщинах пленки), то проводимость будет иметь полупроводниковый характер и ТКС соответственно будет отрицательным.

В производстве монолитных ИС используются главным образом .высокоомные резисторы., Для того чтобы резисторы имели минимально возможные габариты, они должны изготовляться с тем же разрешением и допуском, что и другие элементы ИС. Это исключает применение для получения требуемой конфигурации резисторов свободных металлических масок и позволяет осуществлять ее только с помощью фотолитографии.

При изготовлении микро мощных монолитных ИС по совмещенной технологии возникает необходимость разместить на сравнительно небольшой площади кристалла высокоомные резисторы, имеющие сопротивление до нескольких мегаом, что может быть достигнуто только в том случае, если материал резистора будет обладать Rs ­ (10—20) кОм/c. Процесс изготовления резисторов должен быть совмещен с основным технологическим процессом изготовления всей кремниевой ИС по планарной или эпитаксиально-планарной технологии. Так, например резистивные пленки не должны быть чувствительны к присутствию на кремниевой пластинке нитрида кремния, фосфора, боросиликатного стекла и других материалов, используемых в производстве монолитных ИС. Они должны выдерживать сравнительно высокую температуру (500-550°С), которая имеет место в процессе герметизации ИС, и в некоторых случаях не должны изменять свои свойства под воздействием окислительной среды. В монолитных ИС для изготовления резисторов используются в основном нихром и танта.