.

Осаждение диэлектрических пленок

Помимо термически выращенного окисла кремния в производстве современных СБИС как было показано выше, используются диэлектрические пленки, главным образом окисел и нитрид кремния, получаемые методами осаждения. Очень важно при этом, чтобы пленки были однородны по толщине на всех обрабатываемых в одном процессе поверхностях, а их состав и структура были полностью идентичны и воспроизводимы. Эти пленки предназначаются для электрической изоляции между металлом и поверхностью кремния, проводящими слоями, для защиты поверхности микросхемы от воздействия окружающей среды.Основными методами получения таких пленок являются осаждение из парогазовых смесей при атмосферном или пониженном давлении и плазмохимическое осаждение.

Создание СБИС с субмикронными размерами активных элементов предъявляет особенно высокие требования как к качеству диэлектрических слоев, так и к методам их осаждения. К таким требованиям относится прежде всего необходимость снижения температуры осаждения для предотвращения размывания мелких р - n-переходов и точное воспроизведение рельефа на поверхности схемы. Эти требования могут быть удовлетворены при использовании реакторов с пониженным давлением для осаждения из парогазовых смесей и особенно при плазмохимическом осаждении. Для понижения температуры возможно использование при плазмохимическом осаждении некоторых кремнийорганических соединений, а также метода фотохимического осаждения как двуокиси кремния, так и нитрида кремния. Последний метод не требует нагрева до высоких температур, в этом случае возможно выдерживать температуры не выше 100 °С. Кроме того, при фотохимическом осаждении не возникает радиационных повреждений кремния, что является важным условием, предотвращающим деградацию характеристик полупроводниковых приборов. Вместе с тем возможно применение новых диэлектрических материалов, таких как оксинитрид кремния, силикатные стекла сложного состава (боро-фосфорно-силикатные, свинцово-силикатные), окиси алюминия или нитрида алюминия. Последние хороши прежде всего тем, что имеют большое удельное сопротивление и диэлектрическую постоянную и могут при малой толщине обеспечивать высокие уровни напряженности поля пробоя.

 Осаждение взамен окисления пластин позволяет:

  • уменьшить температурное воздействие на пластину
  • использование широко применяющихся материалов
  • получить относительно толстые пленки межслойной изоляции

Для осаждения SiO2 широко используют следующие реакции:

  • 1. Реакция окисления силана  SiH4 + O2  SiO2 + H2O
    • Достоинства:
    • не требует высокотемпературного нагрева пластины (200-300º)
    • отсутствие загрязнения пленки
    • высокая скорость осаждения – до 0,1 микрон в минуту
    • возможность осаждения легирующего окисла в качестве твердого диффузанта
    • Недостаток – токсичность и взрывоопасность силана
  • 2. пиролитическое осаждение SiO2 из кремнийорганического соединения (тетраэтоксисилан) Si(OC2H5)4  SiO2 + 4 C2H4 + 2H2O
    • Достоинство – процесс безопасен
    • Недостаток – загрузка пленки
  • 3. Осаждение нитрида кремния Si3N4     6 Si + 4 N2  2 Si3N4   Даже при температуре 1300º скорость реакции мала, поэтому в производстве используются реакции взаимодействия гидрида или галогенов кремния а аммиаком или гидрозином.   SiH4 + NH3 → Si3N4 + H2     SiH4 + N2H4 → SiN4 + NH3