Тема 3. Хімічні вакуумні та позавакуумні методи модифікації поверхні
CVD-процессы для производства
Перечислим некоторые примеры применения методов CVD в промышленном высокотехнологичном производстве [5].
CVD-процессы, часто используются для нанесения тонких пленок полупроводниковых материалов при производстве микросхем. Необходимым условием достижения высоких электрофизических характеристик полупроводниковых материалов является их глубокая очистка от посторонних примесей. В случае кремния и германия эта проблема решается путём синтеза их летучих соединений (хлоридов, гидридов) и последующей глубокой очистки этих соединений с применением методов специальных термических обработок. В частности, поликристаллический кремний получают из силанов по следующей реакции:
SiH4 → Si + 2 H2
Реакция обычно проводится в CVD системах при пониженных давлениях (LPCVD – метод) системах, либо с подачей чистого силана, или растворе силана в 70—80 % азоте. Температуры между 600 и 650°С и давление от 25 до 150 Па позволяют достигать скорости осаждения от 10 до 20 нм в минуту.
Диоксид кремния (часто называемый просто «оксидом» в индустрии полупроводников) может наноситься несколькими различными методами при реализации реакций:
SiH4 + O2 → SiO2 + 2 H2
SiCl2H2 + 2 N2O → SiO2 + 2 N2 + 2 HCl
Si(OC2H5)4 → SiO2 + побочные продукты
Нитрид кремния часто используют как изолятор и химический барьер при производстве интегральных микросхем. Используют следующие две реакции:
3 SiH4 + 4 NH3 → Si3N4 + 12 H2
3 SiCl2H2 + 4 NH3 → Si3N4 + 6 HCl + 6 H2
Следующие две реакции используют в плазменных процессах для отложения SiNH:
2 SiH4 + N2 → 2 SiNH + 3 H2
SiH4 + NH3 → SiNH + 3 H2
CVD-процесс широко используют для нанесения молибдена, тантала, титана, никеля и вольфрама. При нанесении на кремний эти металлы могут формировать полезные силициды. В целом, для металла M, реакция выглядит так:
2 MCl5 + 5 H2 → 2 M + 10 HCl
Обычно источником вольфрама становится гексафторид вольфрама, который реагирует двумя способами:
WF6 → W + 3 F2
WF6 + 3 H2 → W + 6 HF
3.1 Реактивное катодное распыление
В отличие от физического распыления реактивное катодное распыление происходит в тлеющем разряде смеси инертного и активного газов. Частицы распыленного катода химически взаимодействуют с активным газом или образуют с ним твердые соединение, и новое вещество попадает в основу. Чтобы процесс образования вещества пленки, которая наносится, не проходил на катоде, что очень усложняет горения разряда, применяют смеси аргона с содержанием активных газов не более 10%. Для получения пленок оксидов распыления проводят в плазме аргон-кислород, нитрид - в плазме аргон-азот, карбидов в плазме аргон-угарный газ или аргон-метан. При вводе в камеру различных активных газов, получают пленки различных соединений, которые практически невозможно получить термовакуумным напылением.
Реактивное катодное распыление позволяет не только получить различные по составу пленки, но и управлять их свойствами, например удельное сопротивление резистивных пленок. Реактивное распыление широко используется для формирования высокоомных резисторов.
Главными техническими трудностями при реактивном катодном распылении является точное дозирование активного газа, подаваемого в вакуумную камеру.
