.

Формирование диэлектрических покрытий

Общим для процессов нанесения диэлектрических покрытий различного назначения является требование технологичности, под которым понимают совместимость процессов получения покрытий с изготовлением структуры ИС в целом. Этому требованию достаточно полно удовлетворяет SiO2, получаемая при нагревании поверхности кремниевой пластины в присутствии O2. Процесс называется термическим окислением. SiO2 обладает маскирующими свойствами и высокими электрическими характеристиками. Склонность SiO2 к стеклообразованию способствует получению беспористой пленки. SiO2 хорошо растворяется в HF, хуже – в смеси HF + HNO3, что позволяет эффективно использовать ее в качестве маски при селективном травлении Si.На практике процесс разгонки примеси совмещают с окислением поверхности.

 Диэлектрические слои используются для:

  • маскирования или диффузного легирования примеси кремния
  • для пассивации поверхности полупроводника
  • для изоляции элементов ИМС друг от друга
  • для изоляции проводимых слоев в структурах с многослойной разводкой
  • в качестве активных компонентов в МДП структурах
  • для защиты полупроводниковой структуры от механических повреждений и воздействия внешней среды

Существует 2 группы методов нанесения пленок SiO2

  • - 1 группа – связана с использованием материала подложки (активная)
  • - 2 группа – нанесение пленки SiO2 из внешней фазы

Выбор конкретного метода зависит от функционального назначения пленок. Наиболее распространенный – методы кислического окисления:

  • в сухом кислороде
  • в парах воды
  • во влажном кислороде
  • окисление при повышенном давлении
  • простое окисление

Согласно экспериментальным данным, свежеобрабатываемая поверхность кремния при обычных условиях покрывается слоем оксида толщиной 3-7 нанометров, после чего дальнейший процесс окисления прекращается. Для продолжения роста пленки оксида необходимо активизировать перенос реагирующих элементов кислорода или кремния с целью их непосредственного контакта и образования SiO2.

Процесс высокотемпературный – термическое окисление.

  • I – окисление в сухом кислороде
  • I и II – окисление во влажном кислороде

Термическое окислении е в сухом кислороде  В качестве осушителя используют вымораживающую ловушку или химический поглотитель, позволяющие снизить содержание влаги в кислороде до точки росы (не выше 60). Точка росы – это состояние когда пар выпадает в виде жидкой пленки. Чем меньше воды в газе, тем ниже точка росы.

Достоинство – качество пленки.

Недостаток – скорость окисления мала.

Окисление во влажном кислороде Комбинация 2 процессов в парах влажного и в сухом кислороде. Кислород подают в увлажнитель (емкость со сверхчистой ионной водой). Вода нагревается до 95 градусов, что соответствует давлению водяных паров 85·103 Па. H2O + Si → SiO2 + H2↑   - в парах воды В рассмотренных процессах разрыв химических связей реагентов происходит засчет тепловой энергии нагрева пластин. При плазмохимическом осаждении необходима энергия разрыва связи, приобретенная засчет энергии ионов газа, образуемого плазму. Осаждение можно осуществлять на холодные пластины для улучшения структуры пленок и для повышения прилегания к пластине нагревают до 250 градусов.В качестве транспортирующего и плазмообразующего газа используют кислород и аргон.