Омические контакты

В контакте металла с полупроводником всегда присутствует область пространственного заряда, обусловленная контактной разностью потенциалов. При высоком уровне легирования полупроводника ширина ОПЗ уменьшается, и ток определяется процессом туннелирования. Контактное сопротивление, определяемое туннельным током, оценивается по формуле

                                                                    (10.1)

где eS – диэлектрическая  постоянная кремния, ND – концентрация легирующей примеси, jв – величина потенциального барьера в контакте, m* – эффективная масса носителя заряда, h– постоянная Планка. Для создания омического контакта концентрация легирующей примеси в кремнии должна быть больше 1019 см-3. На рис. 10.1 приведены экспериментальные значения и расчетные зависимости контактного сопротивления от уровня легирования кремния. Для субмикронных микросхем требуется величина контактного сопротивления меньше 10-7 Ом×см2, что соответствует уровню легирования больше 1020 см-3.

Для хорошего контакта к полупроводнику требуются не только высокий уровень легирования, но и отсутствие диэлектрических и аморфных кремниевых прослоек. Процессы вскрытия контактных окон и нанесения металлических пленок не должны нарушать кристаллическую структуру кремния. Тонкий естественный окисел (~1нм) восстанавливается алюминием или титаном, а также растворяется в силициде платины в процессе термообработки контактных структур. Выбор металла определяется глубиной  pnперехода под контактом.

 

10.4. Оборудование для нанесения металлических пленок

 

Нанесение металлических пленок проводят в вакуумных камерах. Обычно пленки физически осаждаются на пластины из парогазовых смесей в процессе конденсации паров металлов. Изотропность осаждения на рельефе структуры определяется давлением газов и паров в камере. Для воздуха выполняется соотношение

                                     l×P = const» 0,7 см×Па                                   (10.2)

где P– давление газа,  l – длина свободного пробега молекул.

При вакуумном испарении давление в камере меньше 10-2Па и l~ 1 м. Молекулы металла движутся от источника к пластинам прямолинейно, осаждение металла анизотропное. На рельефе структуры возникает теневой эффект, при котором на ступенях толщина пленки уменьшается в несколько раз. Возможны и разрывы пленки. Для снижения теневого эффекта повышается температура подложек, увеличивающая подвижность осаждающихся атомов металла. С той же целью держатели подложек вращаются вокруг двух осей, непрерывно меняя угол падения атомов металла на пластину. Однако в высоковакуумных системах принципиально невозможно реализовать изотропное осаждение металлических пленок на рельеф структуры.

При химическом осаждении из парогазовой смеси и при ионном распылении мишени давление в камере выше 1Па, а длина пробега менее 0,7 см. Атомы металла диффундируют к поверхности пластины и осаждаются на нее практически изотропно.

Вакуумное оборудование для изотропных и анизотропных процессов существенно отличается. Высоковакуумное оборудование (P<10-2Па) имеет систему откачки из трех последовательно включенных насосов. В первом каскаде механический форвакуумный насос создает давление 0,5¸1Па. Во втором каскаде паромасляный или адсорбционный насос понижает давление до 10-2Па. В третьем каскаде, как правило, используется криогенный насос. Если охлаждение ведется жидким азотом, то давление снижается еще на порядок. Для гелиевых насосов достигается вакуум 10-5¸10-6Па. В высоковакуумных системах натекания газа нет. Время откачки определяется дегазацией внутренних поверхностей вакуумной камеры. Для повышения производительности процессов загрузка пластин в установки ведется через промежуточные шлюзовые камеры. При этом требуется дегазация только поверхностей пластин и транспортной тары. Время подготовки процесса сокращается в несколько раз. Тем не менее, высоковакуумный процесс не может быть непрерывным. Криогенные и адсорбционные ловушки нуждаются в регенерации. Время непрерывной работы высоковакуумной системы около 1000 часов.

Технологические процессы при давлении около 1Па не требуют многокаскадных вакуумных систем и шлюзовых камер. Однако такие процессы требуют точной установки рабочего давления при условии постоянного натекания расходуемых газов – реагентов. Для постоянной откачки газов-реагентов и побочных продуктов реакции требуются мощные форвакуумные насосы.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector