Курсовая работа: Методи одержання і вимоги до діелектричних плівок
Для формування плівок двоокис кремнію використовують декілька методів осадження. Вони характеризуються різними хімічними реакціями, типом реактора який використовується і температурою процесу осадження. Плівки, що осаджуються при низьких температурах (нижче 773 К), формуються за рахунок реакцій між силаном, легуючими добавками і киснем. Хімічні реакції, що проходять при формуванні легованих фосфором плівок окислу, можна записати таким чином:
Si4 + O2 → SiO2 + 2H2
4PH3 + 5O2 → 2PO5 + 6H2
При нормальних умовах осадження, водень утворюється скоріше ніж вода. Осадження може бути здійснено при атмосферному тискові в реакторах неперервного типу (див. рис. ) або при пониженому тискові в реакторах типу представлених на рис. . Основна перевага реакцій силану з киснем - низька температура осадження, що дозволяє осаджувати плівки поверх алюмінієвої металізації.
Ці плівки можуть використовуватись для пасивуючих покрить і діелектричної ізоляції. Основним недоліком реакції силану з киснем є погане відтворення ступінчатого рельєфу в наявності частинок, які осідають у вигляді хлоп’їв на стінках хімічного реактора.
Крім того, двоокиси кремнію осаджують при температурі 933 – 1033К в газофазних реакторах при пониженому тискові шляхом розкладу тетраетоксилану (Si(OC2 H5 )4 ). Це з’єднання називається також тетраетил- ортосилікатом (ТЕОС), випаровується із рідкого джерела. Це можна записати такою реакцією:
Si(OC2 H5 )4 → SiO2 + інші продукти
де іншими продуктами є складні суміші органічних і неорганічних сполук. Переваги осадження плівок із ТЕОС це висока однорідність, велика якість плівок і певна відтворюваність рельєфу структури. До недоліків відносяться висока температура процесу і необхідність у застосуванні рідких джерел.
Двоокис кремнію можна осаджувати при температурі ~1173 К при пониженому тискові шляхом реакції дихлорсилану з закиссю азоту.
SiC2 H2 + 2N2 O → SiO2 + 2N2 + 2HCl
Цей процес осадження, що забезпечує хорошу однорідність плівок, використовують для осадження ізолюючих шарів на полі кремнію. Але такі окисли часто містять невелику кількість хлору, який може реагувати з полі кремнієм або визивати розтікання плівок.
Легування плівок здійснюється шляхом добавлення в процесі осадження невеликої кількості гідридів (фосфіну, арсіну і диборану). Можна також використати інші легуючі матеріали, наприклад галегоніди або органічні сполуки, але вони менш зручні, так як більше всього їх треба випаровувати із твердих або рідких джерел.
При осадженні двоокис кремнію спостерігаються три основні типи відтворення ступінчатої поверхні підкладки. На рис. 5.2 показано графічно всі три типи відтворень.
Рис. 5.2Три типи відтворення ступінчатого рельєфу підкладки напиленого плівкою
На рис. 5.2показано повністю конформне відтворення рельєфу ступники підкладки, тобто товщина плівки на стінках стугеньки не відрізняються від товщини плівок на дні і на поверхні стугеньки. Конформне відтворення рельєфу спостерігається в таких випадках, коли реагенти або реактиви на проміжнім стані реакції адсорбуються на поверхні і потім починають швидко мігрувати вздовж неї перед тим, як вступить в реакцію.
Швидка міграція призводить до однорідної поверхневої концентрації незалежно від рельєфу і забезпечує повністю однорідну товщину плівки по всій поверхні підкладки.
Коли реагенти адсорбуються і реагують у відсутність помітної поверхневої міграції, швидкість осадження пропорційна кутові падіння молекул газу. На рис. 5.2Представлений випадок, коли середня величина довжини вільного пробігу молекул на верхній горизонтальній поверхні підкладок в обох напрямках складає 180о . У верхній точці вертикальної поверхні кут падіння складає всього лиш 90о , тому товщина плівки зменшується в 2 рази. Вздовж вертикальної стінки кут падіння Ф визначається шириною вікна, а товщина плівки, яка пропорційна кту падіння, може бути визначено по формулі :
де ω – ширина вікна, d – відстань від верхньої поверхні. При такому методі відтворення рельєфу товщини плівок на вертикальній поверхні стугеньки можливе утворення тріщини, що обумовлено ефектом самоекранування.
На рис. Приведена діаграма, яка відтворює випадок відсутності поверхневої міграції і малих значень середньої довжини вільного пробігу молекул. Як видно із діаграми, при цьому кут падіння молекул реагентів у верхній точці стугеньки складає 27о . Це призводить до більш товстого шару в цій точці. Кут падіння на дно стугеньки рівний лише 90о , тому углублених місцях більш тонкий шар плівки.
Табл. 5.1. Властивості двоокис кремнію
| Методи осадження | Осадження із газової суміші при пониженому тискові | Плазмохімічне осадження |
| Температура К | 973 – 1073 К6 | 523 – 623 К |
| Склад | Si3 N4 (H) | SiNx Hx |
| Відношення Si/N | 0,75 | 0,8 – 1,2 |
| Вміст H, ат % | 4 – 8 | 20 – 25 |
| Коефіцієнт заломлення | 2,01 | 1,8 – 2,5 |
| Густина г/см3 | 2,9 – 3,1 | 2,4 – 2,8 |
| Діелектрична стала | 6 – 7 | 6 – 9 |
| Номінальний опір Ом . см | 1016 | 106 – 1015 |
| Електричнаміцність 106 В/см | 10 | 5 |
| Ширина забороненої зони еВ | 5 | 4 – 5 |
| Пружні напруги | 100 (розтягуючі) | 20 стяг. – 50 розтяг. |
В таблиці приведені властивості плівок двоокису кремнію осаджених різними методами включаючи плазмохімічне осадження. [1]
В основному плівки окисла, осаджені при високих температурах, проявляють властивості, подібні з термічно вирощеними плівками двоокисів кремнію. Але високотемпературне осадження не може бути використано на поверхні алюмінієвої металізації і тому не застосовується для пасивування поверхні сформованих пристроїв. В зв’язку з цим для пасивування використовують низькотемпературне осадження легованих фосфором плівок двоокису кремнію, не дивлячись на погане відтворення ними рельєфу поверхні і гірші властивості плівок.
5.2 Нітрид кремнію
Стехіометричний нітрид кремніюSi3 N4 використовують для пасивування поверхні напівпровідників та приладів з цих сформованих на кремнієвих підкладках. Вибір нітриду кремнію для цієї мети пояснити тим, що він представляє свій надійний бар’єр для дифузії молекул види та іонів натрію, які можуть привести до корозії металізації ІС або до нестабільності її електричних характеристик. Нітрид кремнію також використовується в якості маски для локального окислення кремнію, що обумовлено низькою швидкістю окислення самого нітриду кремнію. Тому при створенні фотолітографічного малюнку на маскую чому покритті на основі нітриду кремнію і послідуючим термічним окисленням закритті маскуючою плівкою шари не окислюються. Це є процес локального окислення, використовується в мікроелектроніці для формування ізопланарних структур.
Хімічне осадження нітриду кремнію здійснюють за рахунок реакції між силаном і аміаком при атмосферному тискові і температурі 973 – 1073К. Процеси які при цьому проходять можна записати наступними формулами^
3SiH4 + 4NH3 → Si3 N4 + 12H2
3SiCl2 H2 + 4NH3 → Si3 N4 + 6HCl + 6H2