химический каталог




Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Автор А.И.Курносов, В.В.Юдин

а кремниевую мишень. Обычно этот процесс проходит при давлении 0,4 Па и напряжении 1500—2000 В. Скорость роста: пленки оксида кремния увеличивается при введении в кислородную атмосферу небольших количеств аргона.

Разновидностью реактивно-катодного распыления является метод, при котором плазма получается с помощью высокочастотного.' разряда. По данному методу защитные оксидные пленки получают при давлении 26,5—133 Па и напряжении 3—5 кВ.

Хорошая контролируемость процесса реактивно-катодного распыления позволяет автоматизировать процесс осаждения защитных пленок оксида кремния на подложки из полупроводникового материала.

125

§ 7.10. Химическое осаждение пленок нитрида кремния

Наряду с защитными диэлектрическими пленками диоксида кремния в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем все более широкое применение находят пленки нитрида .кремния.

Пленки нитрида кремния обладают меньшей проницаемостью для диффузантов, используемых в обычной планарной технологии, чем пленки диоксида кремния. Поэтому пленки нитрида кремния получают более тонкими. Это является важным фактором для 'фотолитографии, способствующим увеличению ее разрешающей способности.

Пленки нитрида кремния можно выращивать во много раз быстрее, чем пленки диоксида кремния, и при более низких температурах.

Рассмотрим несколько способов химического осаждения пленок нитрида кремния.

Реакция взаимодействия кремния с азотом. Для осуществления химической реакции нитрирования необходима температура J100— 1300°С:

3Si + 2N2^Si3N4

Обычно этим способом пользуются для получения нитрида кремния как тугоплавкого материала. В данной реакции чистый азот может быть заменен аммиаком, который диссоциирует при высокой температуре и взаимодействует с кремнием легче, чем молекулярный азот.

Пленки нитрида кремния могут быть получены методом открытой трубы. В рабочей камере располагают пластины кремния и пропускают через нее поток азота. При температуре 1200°С и ¦скорости потока азота 300 см3/мин на поверхности пластин кремния образуется пленка нитрида кремния.

Реакция взаимодействия силана с аммиаком. Для протекания химической реакции азотирования силана аммиаком необходима температура 700—1100°С. Таким образом, по сравнению с предыдущей реакцией рабочие температуры процесса осаждения пленок нитрида кремния значительно ниже. В рабочую камеру с кремниевыми пластинами в потоке водорода со скоростью (Зч-5) X Х103 см3/мин подаются силан и аммиак в соотношении 1 :20. Избыток водорода препятствует преждевременному разложению силана. В рабочей камере при температуре выше 500°С происходит разложение силана и взаимодействие его с аммиаком:

3SiH4 + 4NH3 — Si3N4 + 12Н2

Образовавшийся в результате реакции нитрид кремния осаждается на поверхности кремниевых пластин.

Скорость роста пленки нитрида кремния зависит от концентрации силана в рабочей камере и температуры проведения процесса (рис. 7.8). Из графика видно, что при температуре 1250°С скорость осаждения замедляется, а при температуре выше 1250°С

326

значительно уменьшается. Это объясняется недостатком силана в рабочей камере вследствие его интенсивного разложения при повышенных температурах.

Обычно пленки нитрида кремния осаждают на подложки при температуре 800—900°С с использованием рабочей смеси, состоящей из водорода или аргона, используемых в качестве газов-носителей и реагентов: силана (до 1 %) и аммиака (до 3%). Расход рабочей смеси устанавливают равным 1000 см3/мин. Время процесса

. у. нм/мин

h,нм/мин

О 0,02 0,0Ь 0,06 SiH4,% Ч)

8 S W Щ± ?-t ? >к

?)

Рис. 7.8. Зависимость скорости осаждения пленок Si3N4:

?-от концентрации силана при Г=850° С; б-от температуры для соотношения силана (0,05%) и аммиака (1%)

выбирают из условия требуемой толщины пленки. В качестве газа-носителя наряду с водородом и аргоном могут быть использованы азот или оксид азота.

Реакция взаимодействия тетрахлорида кремния с аммиаком. Образование пленки нитрида кремния при взаимодействии тетрахлорида кремния с аммиаком протекает в несколько стадий. На начальной стадии образуется диимид кремния:

SiCl4 + 6NH3 — Si (NH)2+4NH4C1

При комнатной температуре эта реакция дальше не идет. Происходит полимеризация диимида кремния.

Если температуру повысить до 400°С, то пойдет реакция

6 [Si (NH)2]^nCHj - 2 [Si3 (NH8) N2.I Если температуру повысить до 650°С, реакция идет дальше:

2 J S i3 (NHs) N2&ch, - 3 [ S i2 (NH) N21 Завершающая стадия образования нитрида кремния проходит при температуре 1100—1250°С:

3[Si2(NH)N2l]2i°nh3-2aSi3N4

127

В результате образуются кристаллиты нитрида кремния ?-модификации. Если завершающую стадию реакции проводить при температуре 1100°С, то образуется полностью аморфная пленка нитрида кремния на поверхности подложки.

Следует отметить, что с увеличением толщины пленки нитрида кремния (свыше 1 мкм) в них возникают трещины. Наличие

трещин — результат высокого значения модуля упругости нитрида кремния, различия в коэффициентах термического расширения кремния и нитрида кремния, а также следствие неоднородности структуры подложки и нитрид-ной пленки.

Процесс осаждения пленок нитрида кремния проводят в кварцевой трубе, в которую подают смесь тетрахлорида с аммиаком. В качестве газа-носителя используют водород, аргон или азот. Скорость подачи смеси газа-носителя с реагентами выбирают равной (5н-4-Ю)103 см3/мин.

Скорость осаждения пленки нитрида кремния зависит от температуры проведения процесса и соотношения между тетрахлоридом и аммиаком.

На рис. 7.9 приведена зависимость скорости осаждения пленки нитрида кремния от температуры для двух соотношений между тетрахлоридом и аммиаком.

Кроме тетрахлорида кремния для осаждения пленок нитрида кремния можно использовать галогенированные силаны типа Mt-nSiXn, где X — галоген; п=\, 2, 3, 4. Реакция образования пленки нитрида кремния имеет вид

3H4_„SiX„ +4NH3--> Si3N4 + 3«?? +3(4- л)Н2

В качестве газов-носителей используют, как и в предыдущем ¦случае, водород, аргон или азот. Температура проведения процесса осаждения для этих реагентов может быть снижена до 750— Э80°С. Скорость роста пленок нитрида кремния для этого процесса в большой степени зависит от технологических режимов.

Реакция взаимодействия силана с гидразином. Для осаждения яленок нитрида кремния вместо аммиака используют гидразин N2H4. Реакция в этом случае идет по следующей схеме:

SiH4 + N2H4 Si (NH)2 + 3H2

2Si (NH)2 — (SiN)2 NH + NH3

3 (SiN)2 NH — 2Si3N4 + NH3

При использовании реакции взаимодействия аммиака с сила-аюм температура осаждения пленок нитрида кремния не может

ц нм/'мин

10

6 7 8 ? 10} к-Т '?

Рис. 7.9. Зависимость скорости осаждения пленок S13N4 от температуры:

I — SiCl<=0,02.%; ??3=4%; 2 — SiCI4 = 0,002%. NH3 = 0,2%

328

V, нм/мин 100

10

быть ниже 750°С. Применение гидразина вместо аммиака позволяет снизить рабочую температуру процесса до 550°С,.так как гидразин разлагается при более низких температурах. Осаждение пленок проводят в кварцевой трубе, через которую пропускают газ-носитель и смесь силана с гидразином.

На рис. 7.10 показана зависимость скорости осаждения пленок нитрида кремния от температуры для двух различных соотношений концентраций силана и гидразина.

Реакция взаимодействия тетрабро-мида кремния с азотом. Реакция осаждения нитрида кремния идет при температуре 950°С и имеет вид

3SiBr4 + 2N2-Si3N4 + 6Br2

10 11

???-u-

Рис. 7.10. Зависимость скорости осаждения пленок S13N4 от температуры:

/ - SiH4=0,05%, ЫгН,=0,5%: 2 — SIH4=0,1%, №Н4=0,2%

На рис. 7.11 показана схема установки для проведения процесса нанесения пленок нитрида кремния на подложки с использованием рассмотренных реакций: SiH4 + NH3; SiCl4 + NH3; SiH4 + + N2H4; SiBr4 + N2.

Рис. 7.11. Схема установки для осаждения пленок ЪхзНс.

1 — блок очистки водорода; 2 — источник SiCI< или SiBr<; 3 — ротаметры: 4 — краны: 5 — выпуск избыточных газов; 6 — смесительная камера; 7 — пластины; 8 — нагреватель: 9 — рабочая камера

5—210

129

§ 7.11. Реактивное катодное осаждениечпленок нитрида кремния

Достоинство этого метода состоит в том, что реакция между кремнием и азотом происходит при комнатной температуре окружающей среды за счет энергии газового разряда, между анодом и катодом в рабочей камере.

Нанесение пленок нитрида кремния проводят в специальных установках катодного распыления при постоянном токе с холодным или горячим катодом.

Для проведения процесса катодного осаждения используют катод из высокочистого кремния в виде плоской пластины большого (80—120 мм) диаметра. Анодом служит подложка. При подаче на катод высокого напряжения (1-—3 кВ) в пространстве между анодом и катодом возникает аномальный тлеющий разряд, который ионизирует газ внутри рабочей камеры. Специфика аномального тлеющего разряда состоит в том, что в непосредственной близости около катода образуется настолько сильное электрическое поле, что образовавшиеся при разряде положительно заряженные ионы, газа, ускоряемые этим полем и бомбардирующие катод, выбивают из него не только дополнительные электроны (необходимые для поддержания разряда), но и атомы материала катода.

В течение этого процесса кремниевый катод постепенно разрушается. Поэтому в производственных условиях, когда процесс катодного распыления используется длительное время, катод подлежит замене после определенного срока службы.

Технологический процесс катодного осаждения пленок нитрида кремния включает в себя предварительную откачку воздуха из рабочей камеры с целью удаления имеющихся в воздухе загрязнений.

Откачку обычно проводят до давления 1,3-10-3—1,3· 10~4 Па, а затем в рабочую камеру вводят смесь газов аргона и азота, предварительно очищенных от влаги и кислорода. Давление в рабочей камере при этом устанавливают равным 1,3—13 Па.

Азот, участвующий в процессе, является реактивным газом, а аргон используется для повышения эффективности процесса распыления. Требование по отсутствию кислорода в рабочей камере продиктовано тем, что кремний взаимод

страница 31
< 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
крепление для велосипеда на автомобиль на крышу купить
отличительные знаки легкового такси
обслуживание чиллеров sanyo
мебель под телевизор и аппаратуру

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
(30.05.2017)