химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

ронном пучке составляет 0,01—1 мкА. С увеличением тока растет диаметр электронного зонда. При 0,01 мкА он составляет 0,4 мкм, при 0,1 мкА—1 мкм, при 1 мкА —2 мкм, лри 20 мкА— 10 мкм. Вследствие рассеяния электронов область возбуждения- рентгеновского излучения будет превышать диаметр зонда. Микроанализ на все элементы периодической системы начиная с Be (?=4, ? —9) требует работы в диапазоне длин волн 0,1—10 нм.

Глава 7

ЗАЩИТНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЛЕНКИ В ПЛАНАРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

§ 7.1. Требования, предъявляемые к защитным диэлектрическим пленкам

Защитные диэлектрические пленки играют важную роль в изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем по планарной технологии. Они дают возможность проводить локальную диффузию донорной и акцепторной примеси, формировать изолированные друг от друга активные и пассивные элементы микросхем, а также защищать ?-?-переходы от внешних воздействий.

Поэтому к защитным диэлектрическим пленкам в планарной технологии предъявляют следующие основные требования: полная защита поверхности исходной подложки от проникновения в нее диффундирующих элементов (бора, фосфора, сурьмы, мышьяка и др.); химическая стойкость и стабильность во времени; однородность и бездефектность; высокие удельное сопротивление и электрическая прочность; высокая механическая прочность.

Выбор вещества для получения защитных диэлектрических пленок лимитируется полным выполнением этих требований. Таким образом, изыскать универсальное вещество для создания защитной диэлектрической пленки, удовлетворяющей требованиям планарной технологии, очень трудно.

В качестве исходных материалов для изготовления защитных диэлектрических пленок могут быть использованы кварц, монооксид и диоксид кремния, нитрид кремния, оксид и нитрид алюминия,

112

нитрид бора и др. Однако в настоящее время широкое промышленное применение нашли только два вида материалов: диоксид и нитрид кремния.

§ 7.2. Кинетика термического окисления кремния

Рис. 7.1. Модель процесса термического окисления кремния

Наиболее распространенным в планарной технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем является метод термического окисления кремния, при котором защитные диэлектрические пленки Si02 получают при нагревании исходных кремниевых подложек в окислительной среде. Этот метод позволяет получать высококачественные маскирующие пленки, равномерные по толщине и структуре и обладающие высокими защитными и диэлектрическими свойствами.

Рассмотрим кинетику процесса образования защитной диэлектрической пленки Si02 при термическом окислении кремния в атмосфере кислорода. Для описания процесса термического окисления введем понятие «поток окислителя», под которым будем понимать количество молекул окислителя, пересекающих единицу поверхности подложки в единицу времени.

На рис. 7.1 показана модель процесса термического окисления кремния, представляющая собой систему окислитель (газ)—слой окисла (тв) — подложка кремния. Через эту систему проходит «поток окислителя», состоящий из четырех потоков, каждый из которых соответствует одной из областей системы окружающая окислительная среда — подложка кремния.

Как видно из рисунка, поток F\ соответствует газофазовому мас-сопереносу окислителя к поверхности подложки кремния. Так как на поверхности кремния всегда имеется тонкий слой оксида, то поток Fi в этом случае соответствует переносу окислителя к поверхности оксида. Этот перенос может осуществляться как за счет процесса диффузии, так и за счет принудительного перемещения с потоком газа-носителя или самого окислителя. Скорость переноса будет зависеть от технологического режима процесса окисления.

В промышленных условиях для процесса термического окисления кремния используют принудительный поток окислителя Fb проходящий через рабочую камеру с определенной скоростью:

Fl = h{Cl-C2),

где h — константа скорости процесса газообразного массопереноса окислителя; С\ — равновесная концентрация окислителя в объеме газовой фазы; С2— концентрация окислителя у поверхности оксида.

Окислитель, дошедший до поверхности оксида, адсорбируется на этой поверхности и растворяется в ней. При этом между кон-

113

центрацией окислителя в газовой фазе и концентрацией окислителя, растворившегося в твердой фазе, устанавливается соотношение, определяемое коэффициентом распределения. Движущей силой процесса растворения окислителя в оксиде является градиент концентрации окислителя в системе газ — поверхность оксида. Поэтому поток окислителя

/?2=о(С2 —С3),

где ? — константа скорости процесса растворения окислителя в слое оксида; С3 — концентрация окислителя в слое оксида на границе с газовой фазой.

Растворившийся в слое оксида окислитель будет диффундировать от поверхности раздела газовая фаза — оксид к границе раздела оксид — подложка кремния. Поток окислителя F3 в этом случае будет пропорционален разности концентраций на границах оксида и обратно пропорционален толщине слоя оксида. Таким образом, поток окислителя

F3 = D Сз~С4 ,

где D — коэффициент диффузии окислителя в оксиде; С4—концентрация окислителя на границе оксид — подложка кремния; хо — толщина слоя оксида.

Продиффундировавший через слой оксида окислитель подходит к границе оксид — кремний и вступает в реакцию с кремнием. В результате окисления кремния образуется новый слой оксида.

Поток F^ характеризует скорость химической реакции окисления, которая происходит на поверхности раздела оксид — кремний. Скорость окисления кремния пропорциональна концентрации окислителя, следовательно,

F4^kC„

где k — константа скорости реакции окисления.

Так как в установившемся режиме (при равновесии) все потоки равны, т. е. Fi=F2=Fs—Fi=F, то, решая уравнения для потоков совместно, можно получить выражение для суммарного потока окислителя с учетом всех входящих в отдельные потоки величин.

При ламинарном потоке газа-носителя и окислителя распределение концентрации окислителя у границы раздела газ — твердое тело можно условно заменить на линейное:

С, = аС2, где 0<а<М. При условии F2=FA находим

о(С2 — С3)=/гС4 или — =

k с2 — С,

Из условия F3=F4 находим

D Сз~С* kC4 или = Сз~С4

х0 D С4

114

Складывая почленно эти выражения, получим зависимость С* от Сх (Ci = flC2):

kx0 ? ft ? ? _ C3 — C4 J ?г-Сз J ^ D ? Ci к,

С _ ъ Cl/a

Подставляя значение С4 в выражение для потока Ft, получим выражение для суммарного потока окислителя:

F=-?_L_ = * Clf

ft kX0

где ?эф_ эффективная константа скорости процесса окисления.

Если предположить, что на образование единичного объема оксида V в результате реакции окисления пошло N частиц окислителя, то скорость роста слоя оксида будет выражаться следующим уравнением:

= Z-=fFV = ka1fC1V;

dt ?.

— CXV —C,VD dxn а _ а

Введем обозначения:

A^2(J- +—)D и B=2тогда

dx0 _ В

dt А+ 2х0

Интегрируя обе части уравнения методом разделения переменных, получим

или

xl+Ax0-Bt = 0.

Решая это квадратное уравнение, получим выражение для толщины оксида в функции времени:

__А_, А_, /1 ? t

Х°~~ 2 ^ 2 J/ ^ АУ(4В) '

115

или

А/2 V

Л2/(4В)

л/г

.70

•OJ

Рассмотрим два предельных случая процесса термического окисления кремния. При большом времени окислительного процесса, когда г> >Л2/(4Я), получим

01

г / /

1 / *

1

V А/2

Л2/(4В)

ИЛИ Хо = В{.

Таким образом, в этом предельном случае имеет место параболический закон процесса термического окисления. Коэффициент В рассматривается как константа скорости окисления.

В другом предельном случае при относительно малом времени окисления, т. е. при условии г<^Л2/(4Б), получим

А/2 2 \ АЩЬВ) }' 0 А

На рис. 7.2 показаны общая зависимость толщины оксида от времени проведения процесса термического окисления и два ее предельных случая.

Рис. 7.2. Зависимость толщины пленки Si02 от времени проведения процесса окисления «ремиия

§ 7.3. Термическое окисление кремния в парах воды

Для получения защитных диэлектрических пленок на кремнии используют термическое окисление в парах воды высокой чистоты (порядка 10—20 МОм-см). Высокотемпературную реакцию кремния с водяным паром используют в том случае, когда количество пара не ограничивает скорость реакции. Для поддержания необходимого парциального давления водяных паров у поверхности кремниевых пластин воду подогревают.

Структурное формирование пленки оксида происходит за счет диффузионного переноса воды через слой оксида к поверхности кремния. На структурное формирование пленки оксида оказывает влияние водород, образующийся в процессе реакции окисления и диффундирующий в глубь пластины. Так как коэффициент диффузии водорода (2·Ю-6 см2/с при 1050°С) значительно больше, чем коэффициент диффузии воды (9· Ю-10 см2/с при 1050°С), то образование гидроксильных групп у границы раздела кремний — оксид объясняется наличием не только молекул воды, но и водорода.

При температурах процесса окисления выше 1100° С образование слоя оксида идет согласно параболическому закону и описывается выражением x2=Bi. При температурах процесса ниже 1100° С

116

закон образования оксидного слоя отличается от параболического и имеет вид

Чем ниже температура процесса окисления, тем ближе к линейному закон образования слоя оксида. Линейный характер роста оксидной пленки наблюдается в парах воды высокого давления (2,5-105—4,0· 107 Па) при температуре 500—800° С.

?,???

Рис. 7.3. Зависимость толщины пленки Si02, выращенной в атмосфере водяного пара, от времени для температур, °С:

1 —??; 2 — 700; 3 — 800; 4 — 900; 5— 1000; 6— 1100; 7— 1200; « — 1300; 9 — 1400

Рост пленки оксида по линейному закону имеет место в том случае, когда скорость окисления ограничена скоростью химической реакции на границе кремний — Оксид. На участке линейного роста скорость реакции зависит от количества свободных связей атомов кремния, которые могут реагировать с молекулами воды на границе раздела кремний— оксид.

На рис. 7.3

страница 28
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

Скачать книгу "Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем" (3.82Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
siemens sal31.00t10
гироскутер гироскутер araok ca1500 city version
кровать атлантико купить со скидкой 50
заказ лимузина дешево

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(18.08.2017)