TECHNOLOGICKÉ PROCESY PŘI VÝROBĚ POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ III.

NANÁŠENÍ VRSTEV V mikroelektronice se nanáší tzv. tlusté a tenké vrstvy. a)Tlusté vrstvy: Používají se v hybridních integrovaných obvodech. Nanáší se obvykle ve formě past na nosný substrát pro vytváření vodivých, odporových a dielektrických součástí. Pro získání konečných vlastností jsou vypalovány při vysokých teplotách. Je o nich pojednáno v prezentaci hybridních int.obvodů b)Tenké vrstvy: Dělíme je na - epitaxní – na monokrystalický materiál narůstá nová monokrystalická vrstva, - neepitaxní – na monokrystalický, polykrystalický nebo sklovitý materiál narůstá polykrystalická nebo amorfní vrstva. Metody vytváření tenkých vrstev používané v technologii mikroelektroniky se rozdělují na metody fyzikální a metody chemické (včetně elektrochemických). Z fyzikálních se nejčastěji používají: vakuové napařování katodové naprašování iontově plazmové nanášení

Z chemických metod jsou užívány: chemické depozice z par (CVD procesy) elektrochemické metody chemické metody založené na reakci materiálu podložky s vnější fází Jiný způsob rozdělení metod vytváření tenkých vrstev je podle výchozí fáze, ze které příslušná vrstva narůstá. Podle výchozí fáze pak rozlišujeme: metody z plynné (resp. parní) fáze metody z kapalné fáze Volba metody pro vytvoření konkrétní vrstvy závisí jednak na možnostech metody s ohledem na typ látky vrstvu vytvářející, jednak na technologických požadavcích. 1. Vakuové napařování Pevná látka se ve vakuu zahřeje na takovou teplotu, aby z ní vznikla pára. Tato vypařená látka se pak nechá zkondenzovat na chladné podložce. Jako zdroj par se obvykle používá odporově vyhřívaná lodička z odolného kovu, na níž je umístěn odpařovaný materiál.

Vakuovým napařováním se vytvářejí především kovové spoje integrovaných obvodů. Princip planetového napařovacího přípravku: Princip vypařování a kondenzace ve vakuu:

2. Vakuové naprašování Principem je obdobné iontovému leptání. Katoda slouží jako zdroj rozprašovaného materiálu. Katoda je bombardována ionty netečného plynu (argon). Ionty vznikají v doutnavém výboji mezi katodou a anodou. Oddělené atomy dopadají na naprašo- vanou podložku. Děj probíhá ve vakuu: Katodové naprašování lze realizovat více metodami, které rozlišujeme dle: druhu výboje, způsobu vytváření plazmatu - přítomnosti magnetického pole, druhu pracovního plynu Naprašované desky jsou umisťovány na planetově otočný přípravek podobně jako u napařování.

3. Chemické nanášení (CVD) Jedná se o chemické nanášení vrstev z par a plynů za různých tlaků a teplot. Nanesené vrstvy se používají jako: maskovací materiál, pro izolaci mezi vodivými vrstvami, materiál hradel pro struktury MOS, zdroje pro dotaci aktivních oblastí tranzistorů, vytváření spojů na čipu, ochrana součástek po ukončení technologických procesů. Principiálně jde o: a)vzájemnou reakci přiváděných plynů nad objektem – produkt reakce dopadá na chladnější objekt a kondenzuje na něm, b)reakci plynu s materiálem desky – plyny tryskají na vyhřátý objekt, kde reagují. 4. Epitaxní růst Je to nanášení monokrystalické vrstvy na monokrystalický materiál. Atomy nanášeného materiálu sledují rozložení atomu v podložce – narůstající vrstva je tedy krystalografickým pokračováním podložky.

Z praktického hlediska jsou důležité tyto metody vytváření epitaxních vrstev: a) Epitaxe z plynné fáze (VPE) Jestliže je vrstva ukládána na substrát stejného složení, mluvíme o homoepitaxi, v opačném případě o heteroepitaxi. - Homoepitaxe je druh epitaxe prováděný pouze s jedním materiálem. Při homoepitaxi tenká vrstva roste na substrátu stejného materiálu. Toho se využívá, pokud chceme čistější vrstvu než je substrát nebo pokud má být nová vrstva jinak dotovaná. - Heteroepitaxe je druh epitaxe prováděný s navzájem odlišnými materiály. Při heteroepitaxi se tenká vrstva ukládá na substrát z jiného materiálu. Toto se často používá při růstu vrstev materiálů, u nichž nelze jinak získat monokrystal nebo k výrobě integrovaných krystalických vrstev různých materiálů. Například se jedná o galium nitrid GaN na safíru nebo aluminium galium indium fosfid AlGaInP na azsenidu galia GaAs. Je speciálním případem chemického nanášení vrstev CVD (vysokoteplotní, 1200 °C). Jako výchozí zdroj pro růst Si se používají plynné látky (silan, trichlórsilan): SiCl 4 + 2H 2 → Si + 4HCl

Blokové schéma zařízení pro epitaxní růst metodou CVD: b) Epitaxe z kapalné fáze (LPE) Je to klasická metoda přípravy epitaxních vrstev binárních polovodičů. Vytváří polovodičové vrstvy na styku povrchu podložky s příslušnou taveninou jako následek přechlazení. To se děje při teplotách hluboko pod bodem tání ukládaného polovodiče. Polovodič je rozpuštěn v tavenině jiného materiálu. Tato metoda se používá zejména pro růst sloučeninových polovodičů na substrátech z galium arsenidu GaAs nebo fosfidu india InP. Pro zvláštní účely se používají jako substráty sklo nebo keramika. Nedostatkem této metody je nízká produktivita procesu.

Princip zařízení pro molekulární svazkovou epitaxi: Dotační příměsi, které určují elektrické vlastnosti epitaxních vrstev, jsou přidávány do molekulárního svazku z dalších pícek. Metoda MBE umožňuje vytvářet dokonalé epitaxní vrstvy. Její nevýhodou je potřeba ultravakua a vysoká cena zařízení. Jde o napařování v ultravakuu z několika oddělených zdrojů, kdy na monokrystalické podložce dochází k reakci molekulárních svazků a vzniká požadovaná vrstva (růst krystalů kondenzací par dané látky). c) Epitaxe z molekulárních svazků (MBE)

Zdroje: Šavel J., Materiály, technologie a výroba v elektronice a elektrotechnice Szendiuch a kol., Výroba součástek a konstrukčních prvků Szántó L., Integrované obvody Wikipedia Archiv autora Zpracoval ing. František Stoklasa