Технология и применение диэлектрических пленок в микроэлектронике

Способы формирования диэлектрических пленок в микроэлектронике:

•термическое окисление,

•нанесение из газовой фазы,

•электрохимическое анодирование,

•плазменное окисление и нитрирование,

•нанесение из пленкообразующих растворов,

•ионная имплантация.

Назначение слоев окисла

•активный технологический слой – источник диффузанта;

•пассивный технологический слой – маска при диффузии и ионной имплантации, пассиватор (подавитель эрозии) поверхности;

•пассивный диэлектрик – защита поверхности и межслоевая изоляция;

•активный конструкционный материал – подзатворный и конденсаторный диэлектрик.

Требования к свойствам оксида

•максимальная плотность;

•высокое пробивное напряжение;

•низкий тангенс угла диэлектрических потерь;

•для изоляционного и подзатворного диэлектрика желательно низкое значение ε, для конденсаторного – высокое;

•толщина подзатворного диэлектрика должна быть 50 – 100 нм;

•низкая плотность поверхностных состояний.

Диэлектрические материалы

•Комплиментарные диэлектрики: SiO2, Si4N4, Al2O3, Ta2O5, TiO2, полиимид.

•Al2O3 - изолирующие слои, защитное покрытие окон космических кораблей;

•полиимид чрезвычайно стоек к внешним воздействиям – покрывают стекла истребителей.

Методы окисления кремния:

•термическое;

•ионно-плазменные (корпускулярные);

•электрохимические.

Процесс окисления кремния описывается реакциями:

Si + O2 → SiO2тв

Si + 2H2O → SiO2тв + 2H2↑

Термическое окисление

•окисление в сухом кислороде;

•окисление в сухом кислороде в присутствии паров HCl (хлорное окисление);

•влажное окисление (в присутствии кислорода и паров воды);

•комбинированное: сухое-влажное-сухое;

•окисление при высоком давлении (до 25 атм.);

•быстрое термическое окисление при повышенной интенсивности нагревания.

Теория Дила и Гроува

k = kp/(2kl)

Эмпирические формулы

Т > 1100 К, сухое окисление

влажное окисление, [d] – мкм, время — в минутах