Пиролитическое осаждение оксидных пленок кремния

Содержание

 

1. Получение оксидной пленки.

2. Пиролитическое осаждение оксидных пленок кремния

3. Осаждение пленок оксида кремния термическим испарением

4. Химическое осаждение пленок нитрида кремния

5. Реактивное катодное осаждение пленок нитрида кремния

6. Контроль качества защитных диэлектрических пленок диоксида и нитрида кремния

 

 

1. Получение пленки SiO₂.

 

Для получения pn-переходов нужно сформировать области с различным типом проводимости в строго определенных областях монокристалла. Очевид-но, что точную и заранее спланированную локализацию областей можно осу-ществить, если большую часть поверхности закрыть, а открыть лишь те участ-ки, где будет поступать вносимая примесь. Для этого используют специальный трафарет (маску). Такой маской на поверхности кремния и других п/п пластин чаще всего служит пленка SiO₂.

 

Получение пленки на пластине кремния

 

– происходит путем термического окисления пластины. Исходным материалом служит кремниевая пластина с тонким слоем оксида SiO₂. Окисление происхо-

 

дит в 3 стадии при t = 1000 … 1200 ºС.

 

1) Адсорбция – поверхность тонкой оксидной пленки присоединяет и удерживает частицы окислителя (O₂ или H₂О).

 

2) Диффузия – сорбированные оксидом частицы окислителя доставляются через слой SiO₂ к поверхности кремния.

 

3) Химическая реакция – взаимодействие чистого монокристалла с окис-

 

лителем:

 

Si + O₂ ═ SiO₂

 

Si + 2H₂O ═ SiO₂ + 2H₂

 

 

 

 

адсорбция

диффузия

хим. реакция

 

SiO₂

 

 

Si

 

Получение оксидной пленки на поверхности других п/п

 

– происходит при разложении силанов или хлоридов:

 

300—400 ºС

SiH₄ + 2O₂ ═ SiO₂ + 2H₂О

силан

 

Таким образом получается сплошная защитная пленка на поверхности монокристалла.

 

Содержание

 

1. Получение оксидной пленки.

2. Пиролитическое осаждение оксидных пленок кремния

3. Осаждение пленок оксида кремния термическим испарением

4. Химическое осаждение пленок нитрида кремния

5. Реактивное катодное осаждение пленок нитрида кремния

6. Контроль качества защитных диэлектрических пленок диоксида и нитрида кремния

 

 

1. Получение пленки SiO₂.

 

Для получения pn-переходов нужно сформировать области с различным типом проводимости в строго определенных областях монокристалла. Очевид-но, что точную и заранее спланированную локализацию областей можно осу-ществить, если большую часть поверхности закрыть, а открыть лишь те участ-ки, где будет поступать вносимая примесь. Для этого используют специальный трафарет (маску). Такой маской на поверхности кремния и других п/п пластин чаще всего служит пленка SiO₂.

 

Получение пленки на пластине кремния

 

– происходит путем термического окисления пластины. Исходным материалом служит кремниевая пластина с тонким слоем оксида SiO₂. Окисление происхо-

 

дит в 3 стадии при t = 1000 … 1200 ºС.

 

1) Адсорбция – поверхность тонкой оксидной пленки присоединяет и удерживает частицы окислителя (O₂ или H₂О).

 

2) Диффузия – сорбированные оксидом частицы окислителя доставляются через слой SiO₂ к поверхности кремния.

 

3) Химическая реакция – взаимодействие чистого монокристалла с окис-

 

лителем:

 

Si + O₂ ═ SiO₂

 

Si + 2H₂O ═ SiO₂ + 2H₂

 

 

 

 

адсорбция

диффузия

хим. реакция

 

SiO₂

 

 

Si

 

Получение оксидной пленки на поверхности других п/п

 

– происходит при разложении силанов или хлоридов:

 

300—400 ºС

SiH₄ + 2O₂ ═ SiO₂ + 2H₂О

силан

 

Таким образом получается сплошная защитная пленка на поверхности монокристалла.

 

Пиролитическое осаждение оксидных пленок кремния

Наиболее простым и технологичным способом образования оксидов кремния без участия материалов подложки является пиролитическое разложение различных кремнийорганических соединений. Следовательно, этот способ дает возможность осаждать оксидные пленки кремния на подложку практически из любого материала. Другим важным преимуществом данного способа является то, что он позволяет свести к минимуму перераспределение примесей, которое имело место в исходной подложке, т. е. сохранить геометрические размеры и электрические параметры активных и пассивных областей подложки. Третьим достоинством способа является более низкая температура процесса.

Рассмотрим два варианта данного способа, которые нашли широкое применение при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Термическое разложение тетраэтоксиланаSi(OCHs) 4. Этот процесс может проводиться непосредственно над поверхностью подложки либо в отдельной камере, из которой продукты реакции транспортируются к подложке. Реакция разложения тетраэтоксилана происходит при температуре 700--750°С. В результате реакции выделяются диоксид кремния, оксид кремния, оксид углерода и органические радикалы в газообразной форме. Источником кислорода в этой реакции служит сам тетраэтоксилан, а не внешний источник.

Если реакция разложения тетраэтоксилана проводится в одной камере с подложкой, то температура подложки соответствует температуре пиролиза. Если реакция разложения проходит в одной камере, а подложки находятся в другой камере, то температура подложек может быть значительно снижена по сравнению с температурой пиролиза.

Окисление силана кислородом. Преимущество этой реакции перед предыдущей заключается в том, что в этом случае не происходит образования газообразных органических радикалов и углерода, а сама реакция идет при более низкой температуре.

Окисление моносилана кислородом является перспективным методом в полупроводниковой технологии, так как он дает возможность осаждать оксидные пленки кремния на интерметаллические соединения типа AhiBv и A11Bvi без нарушения их стехиометрического состава. Для протекания реакции образования диоксида кремния внешний нагрев не требуется, однако для получения оксидных пленок кремния более высокого качества процесс проводят при температуре 150--300°С:

Исходными веществами для проведения этого процесса являются газовые смеси, которые включают в себя высокочистый моносилан SiH4, аргон или азот (газы-носители) и кислород. Контролируемое окисление сильно разбавленного инертным газом силана (3--10%) й позволяет реализовать осаждение диоксида кремния в широком диапазоне температур со скоростью 10--50 нм/мин.

Температурный интервал осаждения оксидных пленок кремния определяется концентрациями моносилана и окислителя. При изменении концентрации моносилана от 0,8 до 0,015 об. % для постоянного отношения силан: окислитель= 1: 3 температура процесса осаждения должна быть увеличена с 140 до 450° С.

Особое внимание следует обращать на минимальную температуру процесса осаждения. Нижний температурный предел лимитируется двумя факторами: монотонным увеличением пористости пленки диоксида кремния и гомогенным окислением моносилана в газовой фазе. Монотонное увеличение пористости пленки связано с тем, что по мере снижения температуры процесса уменьшается энергия поверхностной миграции адсорбированных подложкой молекул. Кристаллизация осаждаемых частиц при этом происходит в положениях, все более далеких от минимума свободной энергии системы. Это вызывает образование рыхлых, пористых пленок с низкой электрической прочностью и невысокой адгезией к подложке. При температурах проведения процесса осаждения ниже 150° С происходит отложение частиц диоксида кремния в виде мелкодисперсного белого порошка.

Гомогенное окисление моносилана в газовой фазе связано с тем, что чем ниже температура осаждения оксидной пленки, тем большие концентрации моносилана необходимы для реализации механизма окисления и, следовательно, все большая часть моносилана окисляется в газовой фазе, засоряя реакционную камеру и ухудшая качество образующейся пленки.

В качестве окислителя кроме кислорода могут быть использованы кислородсодержащие соединения, такие, как N2O, CO2, H2O. Использование в качестве окислителей закиси азота и углекислого газа позволяет практически исключить гомогенное окисление, однако при этом невозможно реализовать осаждение пленок диоксида кремния в диапазоне температур 200--350° С.

Контролируемое окисление моносилана (кислородом), достаточно сильно разбавленного инертными газами, позволяет получать пленки SiO2 в широком диапазоне температур (200--500°С), при этом скорости осаждения пленок достигают значений порядка 50-- 100 нм/мин.

Следует отметить, что пленки SiO2, полученные данным методом, равномерны по толщине по всей поверхности пластины, обладают достаточной сплошностью, стабильностью химического состава и хорошей маскирующей способностью при проведении процессов диффузии. Отличительным признаком пленок SiO2, полученных этим методом, является более высокая скорость их травления.