Геттерирование в микроэлектронике

Геттерирование в твердом теле есть явление извлечения примеси или структурных дефектов из очищаемых (так называемых активных) участков твердого тела в контактирующую инородную фазу (геттер) — пассивный (стоковый) участок образца или вакуум. Термин «геттерирование» заимствован из известного в вакуумной технологии геттерного процесса — очистки газовой среды от нежелательных компонент путем адсорбции, абсорбции либо связывающих химических реакций на поверхности или в объеме дисперсных слоев химически активных веществ (Ва, Ti, Та, Zr, Cr, La, Nb и некоторых других).

Механизмы геттерирование в твердом теле и вакууме, как правило, имеют различную природу. Процесс генерирования в твердом теле включает три основных этапа: 1) активацию геттерируемых частиц — перевод их в состояние, обеспечивающее способность к пространственному перемещению; 2) масс-перенос; 3) реакции взаимодействия с геттером, сопровождающиеся закреплением или выносом частиц за пределы образца.

По типам активации геттерирование в твердом теле разделяется на термическое, химическое и радиационное.

Первый процесс требует наиболее высоких температур, третий возможен даже при криогенных температурах. Таким образом, радиационное геттерирование перспективно для низкотемпературных технологий в микроэлектронике.

Перенос масс при генерировании может происходить за счет диффузии (в том числе радиационно-стиму-лированной), дрейфа (в поле электрических или механических напряжений) и динамических процессов (рис. 2).

объемное поверхностное планарное

Рис. 2. Механизмы генерирования в полупроводниках

По типу расположения геттерных областей поглощение примесей может быть объемным или собственным (поглощают встроенные в объем твердого тела, термически активированные преципитаты генерирующих фаз типа Si02, SiC, Si3N4, Gd, редкоземельных элементов, металлов и др.); поверхностным (внешним), когда слои геттера (Si3N4, Si02, SiOxPi-x, Pb и др.) осаждаются на поверхность, а перенос масс протекает через объем твердого тела; планарным (масс-переиос происходит по поверхности твердого тела или вдоль границы раздела контактирующей фазы). Поскольку поверхностная миграция происходит значительно легче объемной, планарный процесс генерирования на несколько порядков величины быстрее прочих, поэтому он приемлем в условиях низкотемпературных технологий.

Поглощение примесей может быть обусловлено повышенным коэффициентом растворимости их в геттере по сравнению с очищаемым твердым телом (фазовое геттерирование) или наличием участков твердого тела, имеющих дефектную структуру и способных, поэтому, активно поглощать более простые дефекты и связывать примесь (структурное геттерирование). Применение геттерирования в микроэлектронике позволяет изготавливать интегральные схемы высокого качества со значительной степенью интеграции (106—108).

Узловым моментом в геттерирование является введение быстро диффундирующих точечных дефектов междоузельного типа, обычно атомов матрицы. Встречая на своем пути примесь, эти атомы вытесняют ее с «насиженных» мест, переводя в метастабильное состояние. Для этого состояния характерна довольно высокая подвижность атомов. Увлекаемые механическим полем, атомы примеси двигаются к геттеру, где затем и закрепляются (растворяются и т. п.). На поверхности и границах раздела фаз эти процессы протекают гораздо легче, чем в объеме. Именно там легче эмитировать большое количество междоузельных атомов; масс-перенос идет по механизму миграции, а для стоков имеются такие недоступные в объеме пути, как уход в газовую фазу, испарение и т. п. Таким образом, активное использование поверхности и границы раздела становятся основой новой перспективной технологии - стимулированного низкотемпературного генерирования.