6.4. Маскирование в процессах ионного легирования

Маскирование пленками SiO₂ и Si₃N₄ обычно наиболее удобно в производстве, поскольку это самые распространенные материалы практически во всех процессах ИС. Очевидно, что в зависимости от того, какой полупроводниковый материал маскируется, следует выбирать тот или иной метод получения маски. Так, если для кремния подходят все известные методы маскирования, то для арсенида галлия – только низкотемпературные (анодирование, термовакуумное испарение, химическое осаждение). При больших дозах имплантации может заметно изменяться растворимость маскирующих пленок, например, при имплантации ионов алюминия в SiO₂ образуются смешанные слои SiO₂-Al₂O₃, которые значительно хуже растворяются, чем чистый SiO₂. В некоторых случаях наоборот скорость растворения резко возрастает с увеличением дозы имплантации. Причиной повышения скорости растворения являются радиационные дефекты, уменьшающие прочность связи атомов в кристалле. Отжиг, как правило, приводит к восстановлению первоначальной скорости растворения.

6.5. Маскирование фоторезистами

Маскирование фоторезистами применяется в тех случаях, когда имплантацию проводят при низких температурах, например, меньше 100°С. При этом маску следует удалять еще до отжига. Однако при дозах имплантации выше 10¹⁴ ион/см² происходит частичная полимеризация фоторезиста – он становится труднорастворимым в обычных растворителях. Тогда его удаляют либо ионно-плазменным травлением, либо обработкой в горячей серной кислоте. Пробег ионов в фоторезистах обычно больше, чем в пленках SiO₂. Поэтому необходимо использовать более толстые слои фоторезиста (>0,5мкм).

6.6. Маскирование пленками металлов

Маскирование пленками металлов часто применяют в технологии изготовления ИС, особенно для получения самосовмещенных структур в МОП (металл-оксид-полупроводник) ИС. В данном случае выбор металла определяется уже не условиями имплантации, а конструктивно-технологическим вариантом ИС. Поэтому процесс имплантации приходится приспосабливать под тот металл, который выбран по конструктивным соображениям. Наиболее широко в технологии ИС используют пленки алюминия, золота, молибдена и поликристаллического кремния толщиной 0,5-1 мкм. Поскольку полупроводниковые пластины очень чувствительны к загрязнениям металлами, то при имплантации необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы не внести вредные примеси в полупроводниковые слои. Для предотвращения возможных загрязнений иногда между слоями металла и полупроводника создают очень тонкий слой диэлектрика типа SiO₂.

Любые маскирующие пленки должны обеспечивать надежное маскирование пластины от бомбардирующих ионов, т.е. пробег ионов в них должен быть меньше их толщины.

Важнейшей технологической характеристикой точности маскирования являются боковые рассеяния ионов ∆. Эта величина определяется отклонением ионов от направления, перпендикулярного к поверхности подложки. Кроме того, существует еще и боковая диффузия под маску (боковое подтравливание). Как правило, ∆_. гораздо больше по величине, чем боковая диффузия. Однако при тех малых размерах элементов ИС, которые реализуются в настоящее время в современных изделиях микроэлектроники, часто приходится принимать во внимание и эффект бокового подтравливания.

Р

и о н н ы й п у ч о к

d маски

ассмотрим распределение концентрации ионовN_v(x) бора, нормированное к единице на глубине _. при имплантации их в кремний с энергией 70 кэВ через маску с отверстием в 1 мкм² .

Рис. 6.5. Нормированное распределение концентрации N_v(x) ионов бора на глубине при имплантации вSi (энергия ионов 70 кэВ, d маски = 1 мкм²)

Следует отметить, что реальные маски, используемые в технологии ИС при имплантации ионов, не имеют таких крутых боковых поверхностей, которые показаны на рисунке. Данный факт следует учитывать при анализе бокового рассеяния и вносить соответствующие поправки, поскольку боковое рассеяние влияет и на распределение дефектов. Так же как и в случае прямого рассеяния, здесь наблюдается некоторое ″запаздывание″ распределения дефектов по сравнению с распределением имплантированных примесей.