Зі сказаного очевидно, що виробництво великих і надвеликих ІМ представить підвищені вимоги до якості вихідних матеріалів. Водночас, зберегти властивості навіть ідеального злитку в реальному технологічному процесі неможливо, так як в кремній вносяться домішки і виникають дефекти. Щоб зменшити вплив цих домішок і дефектів на параметри і надійність мікросхем, в технологічні маршрути вводять спеціальні операції гетерування, завдяки чому вдається зберегти якість робочих областей приладу на заданому рівні.

Вирощування легованих плівок SіO₂ , як відомо з літерат ури [1], є одним з ме тодів модифікації електричних параметрів я к окреми х е лементів , так і схеми в цілому. Причому , в залежності від необхідності досягнення заданих параметрів приладу використовують для легування як стандартні, так і нетипові домішки кремнію. Рівні легування використовують також різні: від найменших до суттєвих, аж до утворення елемент силікатного скла. Н а даний час процес вплив у домішок на характеристики МДН-структур досліджений недостатньо.

Доміш ки можуть створювати під діє ю зовн ішніх фа кторів, зокрема радіації, різні типи радіаційно активних дефектів, які будуть приводити до деградації параметрів приладів. Без всебічного дослідження впливу легування на електрофізичні параметри структур, а також їх модифікації під дією зовнішніх факторів неможливе забезпечення стабільності та довговічності роботи приладів.

Впровадження методів домішкового гетерування також неможливе без дослідження впливу легування на електрофізичні властивості структур.

Метою цієї дипломної роботи є всебічне дослідження зарядових характеристик та параметрів розподілу МОН-структур з легованим в процесі гетерування дефектів шарів SіO₂ та структур в цілому.

Для дослідження вказаних параметрів вибрані стандартні методи С(V) і C(t)–характеристик.

1. ЛІТЕРАТУРНИ Й ОГЛЯД

1.1. МЕТОДИ ВИРОЩУВАННЯ ПЛІВОК ТЕРМІЧНОГО S іO₂ .

Термічне окислення кремнію з дійснює ться в системах проточного типу в атмосфері, що містить кисень, вуглекислий газ , пари води з використанням в якості транспортуючих газів аргону, водню, кисню, або в замкнутих системах при високому тиску окислювача.

Головна відмінність між окисленням в парах води і в сухому кисні полягає в тому, що дифундуючою крізь плівку окислу речовиною є не вода, а мол екули або іони кисню і гідроканальних груп. Дослідження з допомогою звичайної методики мічених атомів продемонструвало, що ріст окислу здійснюється не на межі газ - оксид, а на межі окисел - кремній. [2].

Кінетика окислення в обл асті низьких температур обумовлюється найчастіше не дифузіє ю кисневих іонів, а швидкістю реакції на межі розділу. Відх илення від параболічного закону в бік лінійності спостерігає ться при температурах ниж че 1300 К.

Установка для окислення в сухом у кисні зображе на на рис.1.1. Як осушувач можна використовувати виморожуючу пастку, хімічний поглинач або інший пристрій, що дозволяє знизити вміст вол оги в кисні до точки роси - 200 К. Фільтр служить для видалення частинок розміром 0.5 мкм і вище.

Криві окислення при таких умовах виглядатимуть, як на рис.1.2. [3]. У висок отемпературній області ек спериментальні дані добре узгоджуються одне з одним, в низ ькотемпературній - спостерігає ться великий роз кид. Отримані в області високих температур результати добре описуються параболічним рівнянням:

x² = 21. 2 t е хр(-1 . 33/Т) = t×10^{(1. 326-6100/T)} (1),

де: х - товщина плівки, нм, t - час окислення, хв, Т - температура процесу, К.

О₂

4

Рис. 1.1. Окислення в сухому кисні: 1-осушувач;2 – фільтр;

2
– піч для окислення; 4 – термопара.

Рис. 1.2. Окислення в сухому кисні при тиску 1 ат.

???. 1.3. г?? ?????? ??????? ? ??????? ?????.

В исока енергія актив ації , характерна для окислення в сухому кисні, відображає міцність зв’язків киснев их іонів в окислі. Про це свідчить також енергія активації дифузії кисню в кварці .

Установка для окислення кремнію в вологому кисні - це система, в якій сухий кисень із балону спочатку пропускається через барбот ер, а потім надходить до печі для окислення. В міст вологи в потоці газу визначає ться температурою барботера та швидкістю потоку. Оскільки окислення в водяних парах відбуває ться набагато швидше, ніж в сухому кисні, вміст вологи в потоці газу-носія є най важливішим фактором, що зумовлює швидкість окислення при заданих значе ннях часу та температури. Майже по всьому діапазону типових значень температури водяної бані заміна кисню інертним газом-носіє м не впливає суттє во на ріст окислу, хоча, як видно з рис. 3, при температурі водяної бані 300 К склад газу-носія може відчутно впливати на швидкість росту [ 3].

Тут, як і при окисленні в парах води, необхідний підігрів магістралей, що з’є днують водяну баню з реактором. Бажана також фільтрація газу- носія, хоча пробу льк ування газу через в оду саме по собі здійснює на нього фільтруючу дію, відкидаючи більшість частинок, що захоплюються, як правило, субмікронними фільтрами.

Головна відмінність окислен ня в вологому кисні в ід процесу, який протікає в сухому кисні, або в парах води, полягає в легкій зміні концентрації окислювача. П ри окисленні в потоці водяної пари окислюв аче м є в ода при парціальному тиску 1 атм, при окисленні в сухому кисн і - кисень при тиску 1 атм. В установ ці для окислення у вологому кисні, як окислювач використовується суміш води і кисню, причому співвідношення цих компонентів припускає зміни. В принципі можна змінювати швидкість окислення від величини, що відповідає 1 00% вмісту кисню, до величини, що відповідає 100% вмісту води. Застосувавши аргон або азот як газ-носій та знизивши температуру ба рботера до 290 К, досягнемо меншої швидкості окислення, ніж в сухому кисні. Практично температура барботера був ає не нижчою від кімнатної , а потік газу- носія складає не менше 200 см /хв для реактора діаметром 150 мм.

При окисленні у вологому кисні при температурі 1300 К величина константи параболічного рівняння швидкості знаходиться між відповідними значеннями для окислення в сухому кисні (3.6 х 10^-4 мкм² /хв) та для ок исленн я в парах води (99 х 10^-4 мкм² /хв) . В еличина константи швидкості залежить від парціального тиску водяних парів. Значення констант не змінюються при зміні потоку газу від 30 до 200 см³ /хв, що свідчить про насичення газу-носію протягом всього процесу окислення. Різниця між константами швидкості в атмосфері інертного газу або кисню приблизно дорівнює константі швидкості окислення в сухому кисні (3.6х10^-4 мкм² /хв при 1 400 К).

Енергія активації окислення в вологому кисні зменшує ться зі збільшенням концентрації парів води, що пов’язано з різницею між швидкостями потоку кисню, а також з різними температурними діапазонами процесів окислення. Енергія активації знаходиться в діапазоні від 0.8 еВ для водяної пари до 133 еВ, що відповідає сухому кисню. Експериментально знайдені значення складали 1.6 еВ при окисленні в вологому аргоні при температурі барботера 290 К [ 4].

Легування плівок диоксиду кремнію найкраще здійснювати в процесі росту. При цьому легуючу домішку необхідно вводити в реактор в вигляді пари. Легування плівок має свої відмінності при їх вирощуванні в “вологих” та “сухих” процесах[5].

При вирощуванні плівок в атмосфері вологого кисню домішку цинку найкраще розчиняти в приготовленому для барботування розчині. Як вихідна речовина при цьому використовується хлорид цинку.

Незважаючи на те, що згадана сіль надзвичайно гігроскопічна, при розчиненні у воді спостерігається помутніння розчину при гідролізі пов’язане з наявністю в ньому завислих комплексів, в склад яких входять не розкладені на іони молекули ZnCl₂ . Хлорид цинку повністю розчиняється у воді при надлишку іонів хлору. Тому, для повного розчинення солі у воді, розчин ZnCl₂ необхідно титрувати соляною кислотою до повної прозорості, або відфільтровувати завислі комплекси через мікропористий фільтр.

Як згадано в [6,7] для барботування використовується вихідний розчин хлориду цинку концентрації 1 - 3%, або, при миттєвому випаровуванні розчину в реакторі, 0,001 - 0,025% розчин. В цьому випадку готується вихідний 1% розчин ZnCl₂ , який потім розводиться деіонізованою водою до необхідної концентрації. Миттєве випаровування попередньо приготованого розчину здійснюється шляхом введення його в реактор через капіляр з витратою 10 мл/хв.

1.2. Основні властивості диоксиду кремнію та меж розділу з напівпровідником та металом.