Nagybonyolultságú monolit integrált áramkörök készítési technológiájában felhasznált különleges minőségű anyagokkal szemben támasztott mennyiségi és minőségi igények várható változása az évezred végéig D R . HANGOS ISTVÁN - CSERTEG I S T V Á N N É Mikroelektronikai Vállalat ÖSSZEFOGLALÁS
DR. HANGOS
A szerzők áttekintést adnak a nagybonyolultságú integrált áramkö rök ( L S I ) készítési technológiájánál felhasznált különleges segédanya gokkal szemben támasztott követelményekről, és ezek változásairól, figyelembe véve a már említett technológiába bekövetkező változá sokat az évezred végéig. Megállapítják, hogy a kapható technológiai változások következté ben az L S I áramkörök gyártásának mennyiségi növekedése ellenére sem várható a technológiában használt segédanyagok mennyiségé nek növekedése. A minőségi követelmények a legtöbb anyag esetén — egyes esetek kivételével —• valószínűleg nem változnak, néhány esetben jobb minőségű anyagok szükségesek, egyes esetekben minő ségi engedmények is várhatók.
1. Bevezetés Egy előző közleményünkben [1] felvázoltuk azokat a v á r h a t ó technológiai változásokat, melyek a nagy bonyolultságú monolit integrált á r a m k ö r ö k készítési technológiájánál v á r h a t ó a k az évezred végéig. Ezen változások során, egyrészt egy sor új berendezés megjelenése, illetve a m á r meglevő berendezések továbbfejlesztése v á r h a t ó , másrészt az eddigi „ h a g y o m á n y o s " technológiában h a s z n á l t különböző anyagokkal szemben t á m a s z t o t t minőségi követel mények, valamint azoknak a technológiában való mennyiségi szükségletei is változni fognak sokkal rohamosabban, m i n t azt a jelenlegi helyzet alapján á l t a l á b a n képzelik. Egyes anyagféleségekből az igény v á r h a t ó a n rohamosan csökken, m á s o k k a l szemben új minőségi igények jelentkeznek, és egy sereg új anyag megjelenése v á r h a t ó . Alábbi összefoglalásunk ban megkíséreljük vázolni a v á r h a t ó t e n d e n c i á k a t a m á r említett közleményben f e l t ü n t e t e t t perspektí v á k alapján — természetesen a teljesség igénye nél k ü l — azért, hogy az e m l í t e t t anyagok termelésének felfuttatásánál ezt figyelembe lehessen venni. Megjegyezzük, hogy ezen problémákkal a fejlett tőkés országokban is csak nemrég kezdtek foglalkoz ni, de a probléma fontosságára és gazdasági k i h a t á sára való tekintettel a speciális t é m á t m á r k é t nem zetközi szimpóziumon is t á r g y a l t á k [2—9]. 2. A technológiai infrastruktúra következtében várható változások Az á r a m k ö r ö k bonyolultságának fokozásával rész ben a g y á r t á s megbízhatósága, részben annak emel kedő kihozatala m i a t t rohamosan nő a technológiai infrastruktúra szerepe [ 1 , 4, 5]. E kifejezés alatt
1950-ben fejezte be egye temi tanulmányait az Eötvös Loránd Tudo mányegyetem Természet tudományi Karán, ahol okleveles vegyész képesí tést nyert. 1958-ban a műszaki tudományok kandidátusa, 1960-ban a vegyészdoktori, 1974ben a műszaki tudomá nyok doktora tudomá nyos fokozatokat szerezte meg. Jelenleg a Mikro elektronikai Vállalatnál tanácsadó. Az elmúlt 33
Híradástechnika
XXXVI.
évfolyam
1985. 4. szám
évben elsősorban félvezető anyagokkal, egykristály készítéssel, nagy tisztasá gú anyagok készítésével és félvezető eszközök ké szítésével foglalkozott. Foglalkozott ezenkívül még fém-kerámia kötések kel, halogén töltésű izzó lámpákkal és katódsugár cső-technológiával is. A fenti témákban 80 tudo mányos közleménye je lent meg, ezek közül kb. 30% idegen nyelven, ezek döntő többsége nívós nyu gati folyóiratokban.
azon k ö r ü l m é n y e k e t foglaltuk össze, melyek k ö z ö t t a g y á r t á s t ö r t é n i k , bármilyen nagybonyolultságú áramkörökről legyen is szó. Ennek technológiai berendezés v o n z a t á n kívül n é h á n y alap- és segéd anyaggal szemben is v á r h a t ó minőségi k ö v e t e l m é n y szigorítás. Legelső és t a l á n legfontosabb a gázokban, illetve a vegyszerekben levő lebegő szilárd anyagok minél nagyobb m é r t é k ű eltávolításának lehetősége, melyet a h é t k ö z n a p i technológiai nyelven szűrésnek nevez nek. A gázok megtisztítása a lebegő szennyezésektől m á r a jelen technológiáknál is különleges szűrőkkel t ö r t é n i k [10, 14]. Míg azonban az 1978-as technoló giai világszint e tekintetben a gáztereket h á r o m osztályba sorolta, ez a helyzet m á r napjainkra is jelentősen megváltozott, ahogy azt az 1. t á b l á z a t is szemlélteti [10, 14]. l/a USA 209 szerinti
100 10 0
Beérkezett: 1984. X I I . 5. ( A ) .
ISTVÁN
Szűrő
Szemcseszám, db/m 0,35
0,24
0,25
táblázat
3
0,15
0,12
Legjobb LSI HEPA max. 3500 70 00014 000 20 000 52 500140 000 VLSI HEPA max. 350 700 1 200 2 100 5 250 14 000 VLSI Flanders 0 0 0 0 350 700
179
CSERTEG ISTVÁNNÉ A Veszprémi Vegyipari Egyetemen szerzett vegyészmérnöki oklevelet 1968-ban. Az Egyesült Izzó fényforrásfejlesztési főosztályán dolgozott 1982-ig, ahol elsősorban a gázkisülőcsövek
kémiájával foglalkozott. Jelenleg a MEV félve zetőfejlesztési föosztályán dolgozik, fő feladata a mikroelektronikában használt nagy tisztaságú vegyszerek alkalmazásával kapcsolatos szakmai és technológiai problémák tisztázása,
Ez azt jelenti, hogy 1984 elejére technológiailag megvalósították az eddigi 100-as osztályozáshoz képest [12, 13] a „ n u l l á s " osztályozású tiszta gáz teret [14], mely a g y á r t á s kihozatalát nagymérték ben növeli. Mivel a V L S I g y á r t á s n á l a jelenlegi vonalszélesség 1 p,m körüli, a térközök pedig 0,5 [xm nagyságrendűek, ez e g y ú t t a l biztosítja a t ű r h e t ő kihozatali is, amennyiben ezt a tisztasági fokot a g y á r t á s folyamán minden gázban és minden technol/b táblázat
Az L S I és VLSI vegyszereknél megengedett lebegő szennyezők koncentrációja db/100 ml egységekben [23] 1 y.uí
L S I 00 nincs adat L S I 0 nincs adat L S I 1 nincs adat L S I 2 nincs adat L S I 3 nincs adat V L S I I 6400 V L S I I I 12 800 V L S I I I I 25 600 V L S I I V 51 200 V L S I V 102 400
5 (ím
152 304 609 1217 2432 256 512 1024 2048 4096
10 nm
nincs adat nincs adat nincs adat nincs adat nincs adat 64 128 256 512 1024
15 fim
27 54 109 217 432 0 0 0 0 0
lógiai műveletnél meg tudjuk őrizni. Ez u t ó b b i azonban nagy részben a használt berendezések rend szerétől, felépítésétől és szerkezeti anyagaitól függ. Megjegyezzük, hogy e tisztaság elérését és ellenőrzé sét a lézeres szemcsemeghatározási módszer nagy m é r t é k ű fejlesztése tette lehetővé. Hasonló a helyzet a folyékony vegyszerekkel is, ahogy azt az íb t á b l á z a t mutatja [23]. I t t azonban két nehézséggel kell számolni. A z első tulajdonkép pen a technológusok gondjának könnyítését teszi lehetővé, és ez a nagytisztaságú víz problémája. Ezen a téren a nagy mennyiségben igen jó minőségű vizet előállító berendezések m á r kialakultak [ 5 ] , a ma legmodernebb t í p u s a fordított ozmózisos elven m ű k ö d ő k e t t ő s ioncserélő recirkuláló rendszer. Ez
180
18,3 MOhm-os vizet képes folyamatosan előállítani (20 °C-on) gyakorlatilag lebegő szennyezések nélkül. I t t az eddigi nívóhoz képest jelentős fejlődés nem v á r h a t ó , mert a felhasználók a végfokozatban az eddig ismert legjobb olyan szűrőre is á t t é r t e k 1980ban (0,20 [im-es abszolút szűrő), mely még nem okoz víztechnológiai nehézségeket, viszont a b a k t é r i u m o kat is kiszűri. Az ilyen víz a V L S I áramkörök el fogadható kihozatallal történő g y á r t á s á t m á r lehe tővé teszi. Ez a t é n y , valamint az, hogy a szilícium egykristály lemez g y á r t ó cégek ma az egykristály lemezeket tökéletes és minden szennyezéstől mentes felülettel hermetikusan szállítják, szükségtelenné tette a m á r említett különleges berendezések, pl. dörzsmosó vagy „water-knife" alkalmazását, és megfelelő mikroklíma [10] esetén a felület állandó tisztasága egészen a végső műveletekig biztosítható. Annál nagyobb gondot okoz ma még technológiai szempontból a folyékony vegyszerek lebegő szennye zésektől való megtisztítása, m i u t á n a m á r e m l í t e t t vízszűrők anyaga nem korrózióálló. A kérdés ugyan elvben megoldott, mivel a nedves szűrő gyártó cé gek rendelkeznek olyan 0,2 [jim-es pórusméretű korróziós vegyszereknek ellenálló (teflonhártyából készült) abszolút szűrőkkel, melyeken a vegyszerek megszűrhetők. Ugyancsak megoldott a szűrők szerkezeti anyag problémája is. Ezek a szűrők azonban meglehetősen drágák. A probléma egyrészt az, hogy a szilárd r é szecskék folyamatos és biztos meghatározása folyé kony közegben a m á r említett lézeres módszer segít ségével is csak 1 íjim szemcsenag yság felett lehetséges biztosan az az alatti szemcseméretekre vonatkozó pontos információkat csak egy újólagos szűrés és a szűrőn fennmaradt szemcsék elektronmikroszkópos vizsgálata adhat. Ez viszont időt rabló, drága, és csak nehezen a u t o m a t i z á l h a t ó . A probléma másik része az, hogy az előbbi okból kifolyólag igen nehéz megállapítani, hogy az eredetileg szűréssel megtisz t í t o t t oldat a technológiai folyamatok közben mikor és mennyire szennyeződik el részecskékkel. í g y a biztonságos megoldás i n k á b b az, hogy a vegyszereket közvetlenül a felhasználás előtt a gyártóhelyen z á r t edényekbe szűrik [2], és onnan szűrt préslevegő segítségével továbbítják a felhasználás helyén levő t a r t á l y b a . Ezen módszer alkalmazása azonban a g y á r t ó helyen a felhasznált szűrőmennyiség jelentős növekedésével, illetve a berendezések egyszeri jelen tős beruházásával van összekötve. Miután csak ez u t ó b b i módszer n y ú j t g a r a n t á l t biztonságot, az év ezred végére valószínűleg ez a módszer fog elterjedni, a s z ű r t vegyszerek iránti igény csökken, ugyanakkor a szűrőberendezések és szűrőanyagok iránti igény nő.
3. A fotolitográfiában alkalmazott módszerek változásából következő változások M i n t l á t h a t t u k [1], a jelenlegi fotolitográfiai eljárá sok az 1980. évi színvonalhoz képest az évezred végé ig nagy valószínűséggel s z á m t a l a n technológiai és berendezésbeli változás előtt állnak. Ezek a változá sok egyrészt az elektronlitográfia valószínű elterje dése, másrészt a plazmatechnológia általános alkal mazása irányába mutatnak technológiai szempontHíradástechnika
XXXVI.
évfolyam 1985. 4. szám
ból. í g y az anyagigények változása is olyan i r á n y b a n v á r h a t ó , hogy egyrészt a fotolitográfiában alkalma zott lakkokkal szemben t á m a s z t o t t követelmények fognak módosulni (elektronérzékenység, plazma állóság, könnyű eltávolíthatóság plazmagázzal stb.), másrészt a felhasznált vegyszerek is a plazmatechno lógia irányába fognak eltolódni, ahogy arra m é g k i t é r ü n k . Ma még nem l á t h a t ó , hogy a közvetlen, vagyis a fényérzékeny lakkréteg nélküli litográfia mennyire fog t é r t hódítani, az azonban m á r látszik, hogy a röntgenlitográfia valószínűleg nem lesz olyan nagy jövőjű, m i n t azt öt évvel ezelőtt jósolták (maszkprobléma) [1]. A m i az oldószereket, előhívó kat és rögzítő oldatokat illeti, ezeknek megváltozá sát a fotolitográfiához használt fényérzékeny fotó lakk a n y a g á n a k megváltozása szükségképpen magá val fogja hozni.
4. Nedves kémiai eljárások Ide soroltuk mindazon műveleteket [1], ahol az egykristály szelet felülete folyékony halmazállapotú anyagokkal érintkezik. Ezen műveletcsoporttal kap csolatban alapvetően a jövőre nézve a következő főbb megállapításokat t e h e t j ü k : — A m á r említett okok m i a t t az összes folyékony állapotú anyag szilárd lebegő szennyezésektől való megszabadítása m á r most elsőrendű fon tosságú, és ez a jövőben még nagyobb jelentő ségű lesz. — Minden olyan folyékony anyagnál, mely a szi lícium egykristály felületével közvetlenül érint kezik (pl. víz, fluorsav, ammóniumfluorid stb.), a technológiai követelmények megszigorításával és a minőség egyenletességének követelményé vel kell számolnunk. — Minden olyan vegyszernél, mely csupán az egykristály lemez felületén k é p z e t t oxidréteg feletti rétegre hat, a jelenlegi követelmények kielégítőnek látszanak a szilícium-dioxid réteg maszkoló h a t á s a miatt. K i v é t e l t képez az az eset, amikor MOS á r a m k ö r ö k esetén a vegyszer a „gate-oxiddal" érintkezik. Ez esetben az alkáli fém tartalmat valószínűleg 0,1—0,01 ppm értékig kell csökkenteni, ami csak meg felelő csomagolóanyag biztosításával lehetsé ges [2, 6, 7, 8, 9]. — A klasszikus nedves kémiai módszerek haszná latának csökkenésével vagy éppen elmaradásá val kell számolnunk a plazmatechnológia foko zott alkalmazása m i a t t (lásd később), ami egyes vegyszerek szükségletében drasztikus csökke nést fog okozni. — A nedves felületek megszárítására minden esetben olyan módszereket fognak alkalmazni, melyek a felületen idegen szilárd szennyezők r á r a k ó d á s á t meggátolják. Összességében a fentiek alapján t e h á t azt mond hatjuk, hogy az évezred végéig a nagytisztaságú víz és az oldószerek kivételével folyékony vegyszerek alkalmazásának jelentős csökkenésével kell számol nunk. Híradástechnika
XXXVI.
évfolyam
1985. 4. szám
5. Plazmakémiai eljárások A száraz ú t o n (gáz- vagy gőzfázisból) v é g r e h a j t o t t eljárások közül kiemelten kell kezelnünk a plazma kémiai eljárásokat, melyek célja a k á r egy-egy réteg felvétele, a k á r annak eltávolítása lehet plazma készülékkel a k t i v á l t gázfázis segítségével. Ennek oka nemcsak az, hogy ez az eljárás fejlődött 1970— 1980 k ö z ö t t a legrohamosabban a technológiai eljá rások közül, hanem az is, hogy h a s z n á l a t á v a l egy sor olyan technológiai p r o b l é m á t is megoldhatunk, me lyek a klasszikus nedves eljárásoknál csak igen nehe zen vagy egyáltalán nem oldhatók meg. A z eljárás fejlődésével 1978-ig részletesen k é t k o r á b b i közle m é n y ü n k b e n [17, 18] foglalkoztunk, és arról ez idáig t ö b b értékes monográfia jelent meg [19, 20]. A fejlő dés még most is olyan rohamos, hogy ezzel kapcso latban nagy számú közlemény jelenik meg állandóan, és a legutóbbi svájci nemzetközi félvezető technoló giai kiállításon rétegeltávolítási és rétegfelviteli el j á r á s k é n t szinte egyeduralkodónak látszik [16]. A plazmás eljárás elvben a gáz—szilárd heterogén reakciókon alapszik (ellentétben a klasszikus marási eljárásokkal, ahol folyékony—szilárd heterogén reak ciók j á t s z ó d n a k le) és azzal jellemezhető, hogy b á r a plazmakisülés révén a g á z b a n átmenetileg keletke zett r e a k t í v vegyületek vagy gyökök esetleg a t ö b b millió fokos g á z b a n keletkező anyagok mennyiségé nek és minőségének felelnek meg, mégis a gáz, illetve szilárd felület hőmérséklete a 100—200 °C tarto m á n y b a n marad. Az eljárásnál olyan reakciókat használunk, ahol a keletkezett t e r m é k e k (marásnál) is gáz a l a k ú a k , csak ú g y , m i n t a szilárd fázisban levő komponensek, a rétegkészítési eljárásnál a szi lárd fázis vagy m a g á b a n a gáz fázisban vagy az alaplemez felületén keletkezik, és így igen egyenletes réteget kapunk. A plazmás eljárás általános kémiai reakcióegyen letét sematikusan a következőképpen í r h a t j u k le: Marásnál R (g) + F(sz)-~FR(g) x
(1)
míg a rétegkészítésnél az RífeHRKsz^R^sz)
(2)
típusú plazmareakciót használjuk. Az (sz) és a (g) halmazállapotra, az x jelölés a gerjesztett állapotra utal, míg R és R különböző t í p u s ú , a plazmakisülés által gerjesztett reaktív gyök vagy vegyület. A ke zelendő felület legfelső rétegének anyaga F. Mivel a plazmagerjesztés által előállítható reaktív anyagok mennyisége és minősége a plazmás techno lógia paramétereinek v á l t o z t a t á s á v a l igen széles skálán belül variálható és a u t o m a t i z á l h a t ó , a techno lógia rendkívül rugalmas, sőt, ha az [1], illetve [2] reakciókban levő bármelyik vagy mindegyik kompo nensnek elektromos töltést biztosítunk, akkor meg felelő nagyságú elektromos erőteret alkalmazva a reakciót irányfüggővé tehetjük, vagy megfelelő helyre i r á n y í t h a t j u k , ellentétben a k á r a klasszikus eljárásokkal, a k á r a nem plazmagerjesztésű g á z szilárd heterogén reakciókkal, ahol ez elvileg sem lehetséges. Az e l m o n d o t t a k b ó l s z á m u n k r a az alábbi lényeges megállapítások k ö v e t k e z n e k : 2
2
181
— M i u t á n az eljárást z á r t t é r b e n előzőleg meg szűrt gázokkal visszük végbe, a lebegő szennye zések problémája automatikusan megoldódi. — A gáztérben lefolyó kémiai reakciók a plazma kisülés m i a t t c s ö k k e n t e t t nyomáson minden szempontból sokkal előnyösebbek, és kevesebb vegyszer k í v á n n a k . — A reakciókomponenseknek a felülethez, illetve a felületről való diffúziója sokkal nagyobb (a c s ö k k e n t e t t gáznyomás és koncentráció miatt), és az egész reakció a gázkeverék alkalmas meg v á l t o z t a t á s á v a l optimalizálható, a u t o m a t i z á l h a t ó és a m a r á s (leválás) sebessége konstans értéken t a r t h a t ó . — A készülékbe bevezetett és onnan kilépő t e r m é kek gáz a l a k ú a k lévén a folyamat környezet és egészségvédelmi szempontból sokkal k ö n y nyebben kezelhető, főleg akkor, ha figyelembe vesszük a szükséges mérgező vegyületek kon centrációját és mennyiségét [17—20]. — A nedves mosási és tisztítási eljárások nagy része elhagyható. — A felhasznált anyagok mennyisége és minősége, valamint koncentrációja a klasszikus eljárá sokhoz képest kisebb. — A technológiai reakció i r á n y a és m é r t é k e be folyásolható, ami lehetővé teszi az ú n . harma dik dimenzió [1] kihasználását, vagyis p l . meredek falú, egyenletes mélységű „ á r k o k " vagy egyenletes rétegek készítését. Mivel az eljárás elvileg is m á s ú t o n éri el ugyanazt a célt, mint a klasszikus eljárások, természetszerűen elvileg is másfajta összetételű, halmazállapotú, koncentrációjú és minőségű anyagokat használ. Összehasonlításként — a teljesség igénye nélkül — bemutatjuk a 2. t á b l á z a t o t , ahol az egyes, ma m á r üzemszerűen használt technológiai műveletek plaz m á s és klasszikus megfelelőjét á l l í t o t t u k szembe egy mással. A t á b l á z a t b ó l azonnal l á t h a t ó , hogy a plazma technológia általánossá válásával — ami a V L S I technológia művelésének elengedhetetlen feltétele — a technológiai folyamatokban h a s z n á l t anyagok minősége és mennyisége jelentősen változni fog. F ő leg igaz ez a nagy tisztaságú m a r ó anyagok esetén, melyek i r á n t az igény n a g y m é r t é k ű csökkenése vár h a t ó az évezred végéig. Ugyanakkor egyre ú j a b b és ú j a b b klórozott és fluorozott szénhidrogének hasz n á l a t a v á r h a t ó , főleg a gáz h a l m a z á l l a p o t ú a k vagy a nagy gőznyomású folyadékok területén. E növekedés azonban nem lesz mennyiségi, hanem i n k á b b minő ségi, vagyis többféle anyagból egyenként és összessé gében sokkal kevesebbet h a s z n á l n a k majd. Ugyan csak v á r h a t ó a minőségi követelmények megválto z á s a : egyes esetekben szigorodása (főleg a gáz hal m a z á l l a p o t ú szennyezők esetén), m á s esetekben eny hülése. (Pl. olyan nehézfémekkel szemben, melyek nek gáz halmazállapotú komponensei nincsenek, jelentős minőségi engedményeket t e h e t ü n k . ) A gá zokat „ v i v ő " nem reaktív gázok ( A r , N i , He stb.) mennyisége v á r h a t ó a n nő, a minőségükkel szemben t á m a s z t o t t követelmények azonban lényegesen nem v á l t o z n a k majd (az 5N tisztaság m á r mais majdnem általános).
182
A plazmás eljárásokkal ma üzemszerűen csak k é t eddigi klasszikus művelet nem helyettesíthető bizton sággal: a szilícium-dioxid réteg m a r á s a szilícium alapon (ablaknyitás), illetve az ú n . MOS-oxid készí tése. E z t figyelembevéve az évezred végéig az ehhez a művelethez szükséges folyékony fluor-tartalmú vegyületek mennyiségében és minőségében változás alig v á r h a t ó , a MOS-oxid létesítéséhez pedig főleg a későbbiekben említendő klasszikus gáz-szilárd he terogén reakcióra s z á m í t h a t u n k . A plazmás rétegleválasztások területén a szilíciumnitrid készítése ma m á r a modern eljárásoknál be vett gyakorlat, azonban az ú n . védőüvegek, valamint poliszilícium réteg készítésénél a kérdés ma még egyértelműen nem dőlt el a plazmás eljárás javára. A 2. t á b l á z a t adataiból viszont az következik, hogy az évezred végére a salétromsav, a hidrogénperoxid és kénsav mennyiségének jelentős csökkenése vár h a t ó , az első k e t t ő — döntő módon — a fotoreziszt réteg eltávolításának egyértelmű plazmatechnológiás megoldása miatt. Miután az elektronlitográfia be vezetése — valószínűleg — a króm-maszk felhaszná lás csökkenéséhez is vezet majd, a k r ó m o z o t t üveg lemezek m a r á s á n á l felhasznált klasszikus technológiai és plazmás vegyszerek mennyiségének csökkenése, illetve az előbbiek h a s z n á l a t á n a k teljes megszűnése várható.
6. Diffúzió és ionimplantáeió M i n t e m l í t e t t ü k [1], az ionimplantáció az 1980-as évek technológiája, egyelőre azonban még maszkos kivitelben. Teljes körű bevezetése csupán egyszerűbb eszközöknél nem indokolt. E z é r t nem valószínű, hogy a transzportreakciós diffúziós eljárásoknál előrelépés következik be, de használatuk még az 1990-es évek közepéig biztosan fennmarad. Az ionimplantációs eljárás elterjedése m i a t t új anyagok szükségesek, melyek a kiválasztott techno lógia szerint vagy gáz halmazállapotú vegyületek (kloridok, fluoridok) vagy nagy gőznyomású szilárd anyagok. Miután azonban az implantor elvileg is szennyezés-szelektíve m ű k ö d i k , az anyagokkal szem ben t á m a s z t o t t minőségi követelmények enyhítésére valószínűleg m ó d nyílik. I t t csupán azon szennyezé seknél nem v á r h a t ó enyhülés, melyek a berendezést belsőleg elszennyezhetik. A maszk kérdése, vagyis a maszk nélküli „ion w r i t i n g " eljárás bevezetése még az évtized végéig általánosan nem v á r h a t ó , így maszkoló anyagra és litográfiára i t t is szükség lesz. 7. Rétegleválasztási módszerek A korszerű rétegleválasztási módszerek ma m á r a gáz-szilárd heterogén kémiai reakciókon alapulnak. A réteg minősége szerint kétféle típusú eljárást t á r gyalhatunk: az ú n . epitaxiális egykristály réteg növesztést és a szigetelőrétegeket. T á r g y a l h a t n á n k még a fotoreziszt rétegeket is, melyekkel azonban a 3. pontban m á r részletesen foglalkoztunk. Az idesorolt rétegek a korszerű technológiákban a következő tulajdonságokkal rendelkezhetnek: Híradástechnika
XXXVI.
évfolyam 1985. 4. szám
— — — —
különböző tulajdonságú polikristályos rétegek, félvezető tulajdonságú polikristályos rétegek, szigetelő tulajdonságú polikristályos rétegek, fémrétegek.
A fémrétegek készítését külön fejezetben t á r gyaljuk. Az igen jól r e p r o d u k á l h a t ó , elektromos szempont ból definiált tulajdonságú szilícium-dioxid rétegeket (ún. MOS-oxid) nem szükséges t á r g y a l n u n k , mert ezek ma ismert legjobb előállítási módja a szilícium egykristály felületének definiált k ö r ü l m é n y e k k ö z ö t t t ö r t é n ő termikus oxidációja. Az epitaxiális szilíciumrétegek előállítására olyan kiforrott technológiák állnak rendelkezésre, hogy a m e g h a t á r o z o t t tulajdonságú (vastagság, vezetési tí pus, fajlagos ellenállás, egyenletesség, kristályhibák stb.) epitaxiális rétegekkel ellátott egykristály szeletek kereskedelmileg beszerezhetők, s így álta l á b a n nem is szükséges azokat a technológiai folya matban előállítani. M i n t említettük [1], a kémiai rétegleválasztás az epitaxiális rétegleválasztás kivételével az 1990-es évekre az LPCVD és a PCVD i r á n y á b a tolódik el. Az ebből eredő változásokat vegyszerek területén a 3. táblázatból olvashatjuk k i : Sorszám
Eljárás
Nyomás
Használt
gázok
1.
CVD
atm.
SiH /v; PH /v; AsH /v; B H /v; NH ; N0 ; 4
3
3
2
3
2.
LPCVD
csökken tett
SiH ; P H ; B H ; N ; 0 ; 4
2
3.
PCVD
csökken tett
6
2
3
2
6
2
SiH /v; N ; B H /v; 0 ; H ; A; 4
2
6
2
2
2
ahol „ v " a vivőgázt jelenti, mely semleges gáz vagy hidrogén. Ezenkívül v á r h a t ó részben az epitaxiális eljárás nál, részben m á s u t t is az SiCl , illetve monoszilán helyettesítése diklórszilánnal. Ennek következtében egyes esetekben a felhasznált nagy tisztaságú sósav gáz mennyisége csökken, a minőségi igények viszont nem. A mennyiségi igények a PCVD on-line v á l t o z a t á b a n növekedni fognak a zsilipelések miatt, főleg a semleges gázoknál, a minőségi igények viszont való színűleg nem változnak. 4
8. A vezetőréteg felvitele A ma m á r h a g y o m á n y o s n a k m o n d h a t ó tiszta és öt v ö z ö t t alumínium rétegek m e g m a r a d á s a mellett magas olvadáspontú fémek és azok vegyületei, i l letve ötvözetei kellenek majd. (Wo, Mo, Ta, T i , Cr. N i , szilicidek stb.) Ezekből lényeges mennyiséget azonban az évezred végéig nem v á r h a t u n k a techno lógiában, de megjegyezzük, hogy a különböző szili cidek rohamosan terjednénk. A vezetőrétegek felvitelének módja ugyan meg változik (magnetronos porlasztás), de ez az anyag Híradástechnika
XXX
VI. évfolyam
1985. 4. szám
választékot és az azzal szemben t á m a s z t o t t műszaki k ö v e t e l m é n y e k e t nem befolyásolja, ha csak azt nem tekintjük, hogy a fenti anyagokból nemcsak huzalok és g r a n u l á t u m o k , hanem m e g h a t á r o z o t t alakú forma darabok (targetek) is szükségesek. V á r h a t ó még egyes esetekben a túladalékolt (ve zető) szilícium polikristály rétegek a l k a l m a z á s á n a k növekedése a fém vezetőrétegek mellett. Ennek fel viteli módja az előzőkben t á r g y a l t LPCVD-módszer. V á r h a t ó ezenkívül a többszintű fémezési rendszerek, illetve a speciális konstrukciók elterjedése is. 9. Szerelés, tokozás Lényeges változás ezen a téren egy évtizeden belül csak abban v á r h a t ó , hogy a szerelőszalagnak jelen leg h a s z n á l t 42% N i - t a r t a l m ú vasötvözetet — ahol csak lehet — a n n á l sokkal olcsóbb v a s t a r t a l m ú réz-, illetve e z ü s t t a r t a l m ú rézötvözet fogja k i v á l t a n i . Ez a folyamat m á r az egész világon megindult, és egyik jelentős gátja csupán az, hogy a tokozási folya m a t n á l , illetve az azt k ö v e t ő galvanizálásnál prob lémák mutatkoznak, amelyek azonban nem jelen tősek. A t ö b b i anyaggal kapcsolatos minőségi köve t e l m é n y e k változása a szerelés esetén nem v á r h a t ó . M i n t e m l í t e t t ü k , a kivezető arany mikrohuzalok helyettesítésére a r a n y - p a l l á d i u m ötvözettel vagy arany-szilícium mikrohuzalokkal intenzív munka folyik, de a technológiai p r o b l é m á k olyan jelentősek, hogy ezek eredménye még nem teszi ma lehetővé az arany teljes vagy részleges k i v á l t á s á t , és ma nem lehet megjósolni, hogy ez a folyamat mikor válik majd rohamossá. Nagy valószínűséggel ez a kérdés azonban az évezred végéig megoldódik, vagyis az aranyhuzalokat az a r a n y - t a r t a l m ú mikrohuzal öt vözetek vagy a l u m í n i u m - t a r t a l m ú mikrohuzal alkal mazása mellett technológiai k i v á l t á s fogja pótolni, ultrahangos módszerrel, de esetleg anélkül is. A tokozóanyagok területén a k e r á m i a és a fémüveg t o k n á l változás nem v á r h a t ó . Mindkét tokozási for ma alkalmazási területéről m á r t e t t ü n k említést, ezeken a helyeken — valószínűleg — ugyanezeket fogják alkalmazni. Lényeges változás v á r h a t ó azon ban a m ű a n y a g tokok területén. A jelenleg h a s z n á l t t i s z t á n epoxi-alapú tokozóg y a n t á k minősége ma megfelelő, de tömegesebb g y á r t á s u k esetén á r u k olcsóbb lesz. Jelenlegi ismereteink szerint a szilikon és epoxi összetett t o k o z ó a n y a g o k k a l folytatott amerikai kísérletek nem v á l t o t t á k be a hoz záfűzött r e m é n y e k e t . Ugyanez vonatkozik a tisztán szilikon-alapú tokozóanyagokra is, melyeknek gáz áteresztő képessége és a kivezetőkhöz való elégtelen t a p a d á s a a félvezető eszköz é l e t t a r t a m a szempontjá ból nem előnyös. A legutóbbi kísérletek arra i r á n y u l nak, hogy a szilikon fröccssajtoló anyagok tulajdon ságait olyan m ó d o n változtassák meg, hogy azok a fenti k é t p r o b l é m á t kiküszöböljék. Amennyiben ez sikerül — és ez az 1990-es évek közepére v á r h a t ó üzemileg —, ú g y az évezred végéig az ilyen tulaj donságú szilikon fröccssajtoló anyagok valószínűleg részben vagy teljesen kiszorítják az epoxi t o k o z ó anyagokat. A z t azonban, hogy ez az „ á t t ö r é s " mikor következik be, pontosan igen nehéz volna megmon dani.
183
IRODALOM
10. Következtetések Az elmondottakból látszik, hogy ha nagy bonyolult ságú monolit integrált á r a m k ö r ö k készítési techno lógiájában használt különleges minőségű anyagokat tekintjük, annak ellenére, hogy v á r h a t ó a n ezen á r a m k ö r ö k termelése és felhasználása rohamosan emelkedik, minden egyes ma használt anyagra nézve ez a tendencia nem érvényes. A változások egyik lényege az, hogy az igények n a g y m é r t é k b e n növekedni fognak a tiszta munka terekkel és az infrastruktúrával kapcsolatos anya gokkal szemben (szűrők, víz, lebegő szennyezések stb.). Ugyanekkor az is l á t h a t ó , hogy a technológiában felhasznált vegyszerek egy részének használata csök kenni fog, különösen vonatkozik ez a „klasszikus" kémiai szelektív m a r á s o k t e k i n t e t é b e n , m á s részük nél a minőségi követelmény fog megváltozni, mint pl. a fotoreziszteknél. Lesznek olyan anyagok is, me lyeknek szükséglete állandó marad, de minőségi k ö v e t e l m é n y ü k (pl. koncentrációjuk a vivőgázban vagy tisztasági fokuk) változni fog. Nagy valószínű séggel a tiszta fémekről az adalékolt polikristályos szilíciumra, illetve a nitridekre való fokozott áttérés v á r h a t ó , ezért az előbbiek felhasználása a növekvő g y á r t á s ellenére is konstans marad, az u t ó b b i a k é pedig ma még nehezen jósolható mennyiségben és minőségben n ő . Egészen biztos a plazmakémia és az ionimplantáció térhódítása, ezért erre a célra új típusú, főleg gáz halmazállapotú vagy alacsony forráspontú vegyü leteket fog használni az ipar. A szerelési és tokozási eljárások valószínű módo sulása következtében a tiszta szilikon-alapú tokozóanyagok szerepe a jelenlegi minőségben csökken, a hibrid (epoxi- és szilikon keverék előretörése nem v á r h a t ó , ellenben új típusú, esetleg felületileg kezelt szilikonvegyületek vagy m á s tokozóanyagok fel használása az évszázad végéig egészen biztosra ve h e t ő . Ugyanez vonatkozik a szereléshez használt anyagokra is, különösen a mikrohuzalokra. Mivel ez u t ó b b i a k nem tartoztak közleményünk t á r g y á b a , erről részletesebben nem is szóltunk.
Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönetet mondanak Glaser P é t e r munka t á r s u k n a k a munka során kifejtett diszkussziókért és hasznos tanácsokért.
184
[1] Hangos I . : A nagytisztaságú monolit- és hibrid áramkörök előállítási technológiájának legfonto sabb fejlődési irányai. Híradástechnika, 34, 8 — 9, 407-419. [2] Klire, S. D.: Electronic Chemicals in Westen Europe. Manufacturing Chemists, 1983. márc. 62 — 65. old. [3] Schwerzel, R. E.: New Materials for Electronics and Electrooptics, Somé Speculations and Peck into Futures, Chemicals and Materials for Electro nics programme. (Lecture) London, 1984. jan. [4] Cardwell, M.: Materials for Optoelectronics Systems. (Lecture) Cliem. and Mat. for M.E. programme, London, 1984. [5] Ledwith, A.: Polimers for Microlitographye, (Lecture) 1. előbb. [6] Broers, A. N.: Materials Requirement for I n tegrated Circuits Fabrication, (Lecture) 1. előbb. [7] MacCall, D. W.: Electronic Chemicals in U.S. (Lecture) 1. előbb. [8] Odagawa, K.: Futuore prospects of Jap. E l . I n d . (Lecture) 1. előbb. [9] Cohen, A. B.: Advances in Microelectronics trough Chemical and Photoimaging, (Lecture) 1. előbb. [10] Hangos I . , Tornai I . : „A nagytisztaságú munka terekkel kapcsolatos főbb követelmények és azok kielégítésére alkalmazott általános módszerek". Korszerű Technológiák, 1980. 4. sz. 21 — 35. old. [11] Hangos I . : „A híradástechnikai és elektronikai alkatrészek gyártásánál szükséges technológiai infrastruktúra problémái I . és I I . Korszerű Technológiák, 1981. 1. sz. 1 2 - 2 3 . old., 2 - 3 . 2 8 - 3 6 . old. (1981). [121 U.S.A. 209. b. sz. nemzeti szabvány (1973. ápr. 24.). [13] V D J . 2083. sz. NSZK szabvány. [14] Flanders: V L S I , Filter Class 20 (0,12 fim). Prospektus (Zürich, Semicon, 1984). [15] Sartorius GmbH, Laborfiltration, Mikrobiologie, Elektrophorese, Gesammt Katalogen Sammlung, 1983. [16] Kormány T.: Ütijelentés a „Semicon 1984" c. félvezetőtechnológiai kiállításról (1984). [17] Hangos I . , Lénárt M., Dévényi N.: „A plazma kémia alkalmazásának helyzete és perspektívái az elektronikai iparban". Korszerű Technoló giák, 1980. 3. sz. 28—43. old. [18] Hangos I . , Lénárt M.: Mikroelektronikai Tech nológiák, 4. H I K I Kiadvány, 1979. [19] Rosenbluth, M. N., Sagdeev, R. Z.: Handbook of Plasma Physing. Part. 4. North Holland Physics Publishics Co. 1983. [20] Galcev, A. A., Sudan, R. N.: Basic Plasma Physics, North Holland Physics Publ. Co. 1983. [21] Schneider, H. G., Ruth, V., Kormány, T.: A d vances in Epitaxie and Endotaxie, Elsevier Ed. (NY, 1977). [22] Stinson, C. S.: Chemical and Engineering News 61, 32, 7 - 1 2 , (1983). [23] Merck, E.: V L S I Selectipur Katalog (1984).
Híradástechnika
XXXVI.
évfolyam 1985. 4. szám
