Физико-химические процессы формирования диэлектрических покрытий
1. Какие требования предъявляются к защитным диэлектрическим пленкам?
полная защита поверхности исходной подложки от проникновения через нее диффундирующих элементов (В, Р, Sb, As и др.),
химическая стойкость ;
стабильность во времени;
однородность и бездефектность;
высокое удельное сопротивление;
электрическая прочность;
высокая механическая прочность.
2. Какие исходные материалы могут быть использованы в качестве защитных пленок?
Наиболее широкое распространение в технологии ИМС нашли : диоксид кремния SiO2 и нитрид кремния Si3N4
3. В чем сущность механизма термического окисления кремния?
Окислитель, дошедший до поверхности оксида, адсорбируется на ней и растворяется в ней. Растворившийся в слое оксида окислитель диффундирует от поверхности раздела газовая фаза — оксид к границе раздела оксид — подложка кремния. Продиффундировавший через слой оксида поток окислителя подходит к границе оксид — кремний и вступает в реакцию с кремнием. В результате образуется новый слой оксида Δх.
4. Какие факторы и как влияют на скорость окисления кремния?
Повысить скорость роста оксидного слоя можно либо:
увеличением давления газа в реакционной установке (повышение С1);
повышением температуры процесса, поскольку коэффициент диффузии согласно уравнению Аррениуса D=D0exp(-EA/KT) сильно зависит от температуры;
изменением состава окислителя.
5. Почему скорость окисления в парах воды выше, чем при окислении в сухом кислороде?
Более высокая скорость роста пленки по сравнению с окислением в атмосфере сухого кислорода объясняется меньшим диаметром молекулы окислителя (воды), меньшей энергией активации процесса диффузии (Ел ~ 0,8 эВ) и большим коэффициентом Диффузии (D = 9•10-10см2/с).
6. Каковы недостатки окисления в водяном паре?
Основной недостаток метода окисления в атмосфере водяного пара невысокое качество получаемых пленок и ухудшение защитных свойств (сильная пористость из-за наличия водорода и гидроксильных групп ОН).
7. В чем сущность комбинированного метода термического окисления?
Сухой и очищенный от примесей кислород пропускают через увлажнитель, где он насыщается водяными парами, а затем его подают в рабочую камеру
В производстве ИМС эффективными оказались двух и трехступенчатые способы термического окисления кремния — последовательное использование в качестве окислителя:
сухого кислорода,
влажного кислорода или водяного пара,
снова сухого кислорода.
Первая стадия в сухом кислороде направлена на получение топкой пленки SiO2 с совершенной структурой.
Вторая стадия (во влажном кислороде) применяется для ускорения процесса окисления и наращивания достаточной по толщине оксидной пленки.
Третья стадия (в сухом кислороде) используется вновь для получения на поверхности кремния совершенной структуры SiO2
8. В чем сущность химического метода осаждения диэлектрических пленок?
Пары исходных соединений доставляются в камеру установки, где расположены нагретые до необходимых температур подложки.
В результате химической реакции необходимое для построения пленки вещество выделяется в твердой фазе, а побочные газообразные продукты удаляются из зоны расположения подложек.