Курсовая работа: Фізико-технологічні основи металізації інтегральних схем
Цей метод дозволяє отримати конфігурацію елементів будь-якої складності і має велику точність в порівнянні з масковим, проте він складніший.
Існує декілька різновидів фотолітографії. Метод прямої фотолітографії передбачає нанесення суцільної плівки матеріалу тонкоплівкового елементу, формування на її поверхні фоторезистивної контактної маски, витравляння через вікна у фоторезисті зайвих ділянок плівки. Контактна маска з фоторезиста або іншого матеріалу, стійкішого до подальших технологічних дій, відтворює малюнок фотошаблону з плівки. [3]
Експонований фоторезист віддаляється (розчиняється) після чого плівка резистивного матеріалу видаляється з ділянок, не захищених фоторезистом. Далі на підкладці у вакуумі наноситься суцільна плівка алюмінію. Після фотолітографії і травки алюмінієм провідна плівка залишається в областях контактних площадок і провідників. При цьому сформовані на попередньому етапі резистори не ушкоджуються. Після нанесення поверх провідних елементів і резисторів захисного шару скла проводиться ще одна, третя обробка фотолітографії, в результаті якої скло віддаляється з областей над контактними площадками, а також по периметру плати. [1]
Метод зворотної (вибуховий) фотолітографії відрізняється від попереднього тим, що спочатку на підкладці формується контактна маска, потім наноситься матеріал плівкового елементу, після чого проводиться видалення контактної маски.
При методі фотолітографії для виготовлення ІС, що містять резистори і провідники, використовують два технологічні маршрути. Перший варіант – напилення матеріалу резистивної і провідної плівок; фотолітографія провідного шару; фотолітографія резистивного шару; нанесення захисного шару. Другий варіант – після проведення перших двох операцій, тих же що і в попередньому варіанті, спочатку здійснюють фотолітографію і травлять одночасно провідний і резистивний шари, потім другу фотолітографію для видалення провідного шару в місцях формування резистивних елементів, після чого слідує нанесення захисного шару і фотолітографія для розтину вікон в нім над контактними площадками. [2]
При виробництві плівкових мікросхем, що містять провідники і резистори з двох різних (високоомного і низькоомного) резистивних матеріалів, рекомендується така послідовність операцій: почергове напилення плівок спочатку високоомного, потім низькоомного резистивних матеріалів; напилення матеріалу провідної плівки; фотолітографія провідного шару; фотолітографія низькоомного резистивного шару; фотолітографія високоомного резистивного шару; нанесення захисного шару. [2]
2.3 Комбінований метод
При поєднанні маскового методу і фотолітографії методів для мікросхем, що містять резистори, провідники і конденсатори, використовують два варіанти:
1) напилення резисторів через маску, напилення провідної плівки на резистивну; фотолітографія провідного шару; почергове напилення через маску нижніх обкладань, діелектрика і верхніх обкладань конденсатора; нанесення захисного шару;
2) напилення резистивної плівки і провідної плівки на резистивну; фотолітографія провідного і резистивного шарів; фотолітографія провідного шару; напилення через маску нижніх обкладань, діелектрика і верхніх обкладань конденсатора; нанесення захисного шару.
Для схем, що не містять конденсаторів, застосовують один з трьох варіантів:
1) напилення через маску резисторів і провідної плівки; фотолітографія провідного шару; нанесення захисного шару;
2) напилення резистивної плівки; фотолітографія резистивного шару; напилення через маску провідників і контактних майданчиків; нанесення захисного шару;
3) напилення резистивної плівки, а також контактних майданчиків і провідників через маску; фотолітографія резистивного шару; нанесення захисного шару. [1]
РОЗДІЛ 3. МЕТОДИ МЕТАЛІЗАЦІЇ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ
3.1 Термічне (вакуумне) напилення
Схема цього методу показана на рис 3.1. Металевий або скляний ковпак 1 розташований на опорній плиті 2. Між ними знаходиться прокладка 3, що забезпечує підтримку вакууму після відкачування повітря з під ковпака. Підкладка 4, на яку проводитися напилення, закріплена на утримувачі 5. До утримувача прикріплений нагрівач 6 (напилення проводитися на нагріту підкладку). Випарник 7 включає в себе нагрівач і джерело напилюваної речовини. Поворотна заслінка 8 перекриває потік парі від випарника до підкладки: напилення триває протягом часу, коли заслінка відкрита.[3]
Рис 3.1. Термічне (вакуумне) напилення
Нагрівач зазвичай є ниткою або спіраллю з тугоплавкого металу (вольфрам, молібден і ін.), через який пропускається достатньо великий струм. Джерело напилюваної речовини зв'язується з нагрівачем по-різному: у вигляді дужок, що навішуються на нитку напруження; у вигляді невеликих стержнів, що охоплюються спіраллю, у вигляді порошку, засипаного в тигель, що нагрівається спіраллю і тому подібне. Замість ниток розжарення останнім часом використовують нагрівання за допомогою електронного променя або променя лазера.[3]
На підкладці створюються найбільш сприятливі умови для конденсації пари, хоча частково конденсація пари відбувається і на стінках ковпака. Дуже низька температура підкладки перешкоджає рівномірному розподілу адсорбованих атомів: вони групуються в "острівці" різної товщини, часто не зв'язані один з одним. Навпаки, дуже висока температура підкладки приводить до відриву атомів, що тільки що осіли, до їх "перевипаровування". Тому для отримання якісної плівки температура підкладки повинна лежати в деяких оптимальних межах (зазвичай 200-4000 С). Швідкість наростання плівок залежить від ряду чинників (температура нагрівача, температура підкладки, відстань від випарника до підкладки, тип напилюваного матеріалу і ін.) і лежить в межах від десяти до десятків нанометрів в секунду.[3]
Міцність зв'язку – зчеплення плівки з підкладкою або іншою плівкою – називається адгезією. Деякі поширені матеріали (наприклад, золото) мають погану адгезію з типовими підкладками, зокрема з кремнієм. Утаких випадках на підкладку спочатку наносять так званий підшар, характерний хорошою адгезією, а потім на нього напилюють основний матеріал, у якого адгезія з підшаром теж хороша. Наприклад, для золота підшаром можуть бути нікель або титан.[3]
Для того, щоб атоми газу, що летять від випарника до підкладки, зазнавали мінімальну кількість зіткнень з атомами решти газу і тим самим мінімальне розсіювання, в просторі підковпака потрібно забезпечувати достатньо високий вакуум. Критерієм необхідного вакууму може служити умова, щоб середня довжина вільного пробігу у декілька разів перевищувала відстань між випарником і підкладкою. Проте цієї умови часто недостатньо, оскільки будь-яка кількість залишкового газу може стати забрудненням напилюваної плівки і зміною її властивостей. Тому в принципі вакуум в установках термічного напилення має бути якомога вищим. У даний час вакуум нижче 10-6 мм рт. ст. вважається за неприйнятний, а у ряді установок він доведений до 10-11 мм рт. ст.[3]
Головними достоїнствами розглянутого методу є його простота і можливість отримання виключно чистих плівок (при високому вакуумі). Проте у нього є і серйозні недоліки: важкість напилення тугоплавких матеріалів і неможливість відтворення на підкладці хімічного складу випаровуваної речовини. Останнє пояснюється тим, що при високій температурі хімічні сполуки диссоціюють, а їх складові конденсуються на підкладці роздільно. Природною є вірогідність того, що нова комбінація атомів на підкладці не відповідатиме структурі початкової молекули.[3]
3.2 Катодне напилення
Схема цього методу показана на рис.3.2. Тут більшість компонентів ті ж, що і на рис.3.1. Проте відсутній випарник; його місце по розташуванню (і по функціях) займає катод 6, який або складається з напилюваної речовини, або електрично контактує з нею. Роль анода виконує підкладка разом з утримувачем.[3]
Простір підковпака спочатку відкачують до 10-5 – 10-6 мм рт. ст., а потім в нього через штуцер 8 вводять деяку кількість очищеного нейтрального газу (частіше за весь аргон), так що створюється тиск 10-1 – 10-2 мм рт. ст. При подачі високої (2 – 3 кВ) напруги на катод (анод заземляють з міркувань електробезпеки) в просторі анод-катод виникає аномальний тліючий розряд, що супроводиться виділенням – іонної плазми.
Рис 3.2. Катодне напилення
|
Важливою перевагою катодного напилення в порівнянні з термічним є те, що розпилювання катода не пов'язане з високою температурою. Відповідно відпадають труднощі при напиленні тугоплавких матеріалів і хімічних сполук.[3]
Проте в даному методі катод (тобто напилюваний матеріал), будучи елементом газорозрядного ланцюга, повинний володіти високою електропровідністю. Таку вимогу обмежує асортимент напилюваних матеріалів. Зокрема, виявляється неможливим напилення діелектриків, зокрема багатьох оксидів і інших хімічних сполук, поширених в технології напівпровідникових приладів.[3]
Це обмеження значною мірою усувається при використанні так званого реактивного (або хімічного) катодного напилення, особливість якого полягає в додаванні до основної маси інертного газу невеликої кількості активних газів, здатних утворювати необхідні хімічні сполуки з матеріалом катода, що розпилюється. Наприклад, домішавши до аргону кисень, можна виростити на підкладці плівку оксиду. Домішавши азот або монооксид вуглецю - нітрид або карбіди відповідних металів. В залежності від парціального тиску активного газу хімічна реакція може відбуватися або на катоді (і тоді на підкладці осідає вже готове з'єднання), або на підкладці – аноді.[3]
Недоліками катодного напилення в цілому є деяка забрудненість плівок (через використання порівняно низького вакууму), менша в порівнянні з термічним методом швидкість напилення (з тієї ж причини), а також складність контролю процесів.[3]
