Плазмоионное распыление в несамостоятельном газовом разряде

В распылительных системах данного типа горение газового разряда поддерживается дополнительным источником (магнитное поле, ВЧ-поле, термокатод). На рис.7 представлена трехэлектродная распылительная система, в которой в качестве дополнительного источника электронов используется термокатод.

Термокатод (1) испускает электроны в сторону анода (3). Этот поток ионизирует остаточный газ, поддерживая горение разряда. На распыленную мишень (2) подается высокий отрицательный потенциал, в результате чего положительные ионы плазмы (4) вытягиваются на мишень и бомбардируют ее поверхность, вызывая распыление материала мишени. Положки (5) располагаются напротив мишени и на них осаждается распыленный материал.

Использование несамостоятельного газового разряда позволяет осуществлять нанесение покрытий при низком рабочем давлении в камере установки (5·10^-2 Па), что обеспечивает снижение концентрации газов, захваченных пленкой, а также увеличение средней энергии осаждаемых частиц вследствие уменьшения числа столкновений распыленных частиц с молекулами газа на пути к подложке.

Скорость распыления в рассмотренной 3-электродной системе регулируется силой тока эмиссии термокатода, давлением в камере установки и напряжением на мишени и может изменяться в широких пределах (1-1000 А/мин).

Таким образом, к преимуществам систем триодного распыления по сравнению со стандартными диодными распылительными системами следует отнести: более высокие скорости осаждения; уменьшения пористости и повышение чистоты осаждаемых пленок; повышение адгезии пленок к подложкам.

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ЧИСТОТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Технологический микроклимат и чистота технологических сред являются залогом высокого качества материалов для микро - и нано-электроники. Исходные материалы, среды, оборудование, технологическая тара, транспортные средства и другие промыш­ленные сооружения являются потенциальными источниками за­грязнений, вносимых в обрабатываемые изделия на всех этапах технологического процесса.

Между функциональными параметрами ИС и качеством от­дельных компонентов технологических сред существует взаимо­связь. Невозможно гарантировать качество, надежность и высокий выход годных интегральных микросхем и БИС, если хотя бы один из десяти или ста факторов чистоты технологического процесса производства выпал из-под контроля, т. е. за пределы допустимых значений параметра.

Все ИС и СБИС чувствительны к воздействию загрязнений. Поэтому качество исходных материалов особенно важно. Наиболее чистые современные материалы и технологические среды характе­ризуются количеством загрязнений по отдельным контролируемым примесям не больше 10^-6 ат %.

Установлено, что микрочастицы (бактерии) вызывают до 80 % всех дефектов, возникающих в процессе производства ИС. Крити­ческим размером микрочастицы считают линейный размер, кото­рый составляет не больше 0,1 минимального размера топологиче­ского элемента ИС.

Собственно технологический процесс может быть причиной до 25% дефектов, вносимых в полупроводниковую пластину, обору­дование, основные средства автоматизации - до 25% дефектов, га­зы, химикаты - 8%, воздушная среда технологических помещений - 7%, производственный персонал - 35 %.

Основными источниками загрязнений эпитаксиальных подло­жек является воздух производственных помещений и рабочих объ­емов, технологические газы, реактивы, деионизованая вода.

Наиболее опасно присутствие в воздухе частиц размером менее 0,5 мкм. поскольку им свойственно находиться во взвешенном со­стоянии и они могут оседать на подложки.

Стандартом установлено следующее разделение производст­венных помещений и рабочих объемов в зависимости от макси­мальной концентрации частиц размером менее 0,5 мкм в 1 л возду­ха: 0, 5, 35, 350, 1000, 3500, 10 000, 35 000. Операции окисления, диффузии, наращивания эпитаксиальных слоев выполняются в ра­бочих объемах, концентрация частиц пыли в 1 л. воздуха которых составляет не более 5, а вакуумного нанесения диэлектрических и проводящих слоев - не более 35.

Технологические газы - водород, кислород, аргон, азот и др. дополнительно очищают от примесей других газов и микрочастиц. Так, водород, аргон и азот очищают от кислорода и паров воды, присутствие которых вызывает нежелательное окисление подло­жек при нагреве. Особо чистый водород получают диффузионной очисткой, пропуская его через мембрану из сплава палладия с се­ребром.

Качество применяемых для микроэлектроники жидких техно­логических сред и химикатов в значительной степени зависит от технологии глубокой комплексной очистки воды. Так как вода не только используется в многочисленных операциях отмывки по­верхности полуфабриката и готовых изделий, но и служит основой технологических растворов для отмывки и травления. Природная вода перед технологическим применением в микроэлектронике подвергается многократной комплексной очистке, в том числе био­логической (от бактерий и вирусов). Критический размер взвешен­ных частиц для интегральной микроэлектроники 1-0,5 мкм. Число частиц большего размера должно быть сокращено до 1000 в 1 л очищенной воды. Для производства СБИС допустимые разме­ры частиц снижаются до 0,1-0,2 мкм и их число - до 20 единиц в 1 л воды.

В чистых технологических помещениях кроме запыленности (загрязнение микрочастицами) контролируется: степень освещения, влажность воздуха, кратность воздухообмена, скорость и направ­ленность воздушного потока, газовый состав воздуха, степень ио­низации воздуха, рабочая температура, количество статического электричества на рабочих поверхностях технологического оборудо­вания, уровень вибраций. Специальные установки кондициониро­вания воздуха круглосуточно поддерживают относительную влаж­ность в рабочих помещениях от 40 до 60 % и температуру 20-26 ^оС.

Как показывают исследования, человек в современной сверх­чистой производственной одежде, пройдя все стадии обдува и отсо­са частиц, прежде чем попасть в рабочую зону, является все равно основным источником загрязнений микрочастицами. Человек в по­вседневной одежде выделяет в окружающую среду не менее 2-10⁶ частиц загрязнений в минуту. Одежда персонала должна напоми­нать костюм космонавта. Количество обслуживающего персонала должно быть сокращено до минимума. В перспективе все произ­водство должно быть управляемо дистанционно ЭВМ одним чело­веком, при использовании новых технологических приемов, кото­рые позволяют снизить уровень загрязнений.

Любая поверхность, загрязненная статическим электричеством, притягивает и накапливает микрочастицы. Накопленная пыль при вибрациях, толчках, деформациях, температурном воздействии от­рывается и повышает в помещении загрязненность. В этом отноше­нии представляют интерес материалы, способные сохранить значи­тельный электрический заряд даже при повышенной влажности, например электреты, способные притягивать пыль из окружающего пространства на расстояния до 50 мм и удерживать ее. Снижению уровня статического электричества способствует ионизация возду­ха, поступающего из фильтров тонкой очистки, устройствами, ко­торые генерируют попеременно (+) и (-) аэроионы.