Лекция №8
Тема: Диэлектрические материалы для микроэлектроники
1.Классификация диэлектрических материалов и основные предъявляемые требования
2. Функциональное назначение диэлектриков в микроэлектронике
Основные требования, предъявляемые к диэлектрикам, используемым в
микроэлектронике.
тонкопленочные диэлектрики (толщиной до 1 мкм);
толстопленочные диэлектрики (толщиной свыше 1 мкм).
Тонкие диэлектрические пленки должны
обладать следующими свойствами:
высокая механическая прочность;
высокая химическая стабильность;
по возможности разумная толщина ( 1000 Å)
минимальное количество дефектов и примесей;
слабая чувствительность к влаге;
отсутствие проколов или нарушений сплошности;
незначительное физическое изменение со временем (старение и температурная зависимость);
большая ширина запрещенной зоны;
аморфная структура.
Классификация тонкопленочных диэлектриков
Диэлектрические пленки оксидов
Пленки моноокиси и двуокиси кремния.
Характеристика |
Диэлектрический |
|
|
материал |
|
|
SiO |
GeO |
Удельная емкость, пФ/см2 |
10000 |
20000 |
(при толщине пленки 0,5 мкм) |
|
|
Рабочее напряжение, В |
15 |
15 |
tg |
0,002 0,001 |
0,002 0,01 |
ТКС 106, 0С-1 |
50 400 |
30 400 |
Eпр, В/мкм |
100 300 |
100 300 |
Диэлектрическая проницаемость |
4 7 |
9 12 |
Способы формирования диоксида кремния
1. Термическое окисление кремния в окислительной среде и парах воды
Si + O2 SiO2
Si + 2H2O SiO2 + 2H2↑
2. Пиролиз – термическое разложение кремний-
органических соединений в вакууме
Si(OC2H5)4 SiO2 + 4C2H4+ 2H2O
3. Окисление силана кислородом
SiH4(газ) + 2O2(газ) SiO2(тверд) + 2H2O(газ)
Пленки нитридов
1. Взаимодействие кремния с азотом – нитрирование в потоке азота
3Si + 2N2газ Si3N4 (1100-1300 C)
2. Взаимодействие силана с аммиаком
3SiH4газ + 4NH3газ Si3N4 +12H2↑(700-1100 C)
3. Взаимодействие силана с гидразином
SiH4газ + N2H4 Si(NH)2 +3H2 (550 C)
2 Si(NH)2 (SiN)2NH + NH3
3(SiN)2NH 2 Si3N4+ NH3↑
4. Реактивное катодное осаждение
Устройство импульного лазерного осаждения
Устройство вакуумного распыления
Свойства неорганических диэлектрических пленок
Соедине- ние
SiO
GeO
SiO2
Ta2O5
Si3N4
Al2O3
|
tg , |
Eпр,102, |
ТКС,10-6 |
Диапазон |
|
f=1 кГц |
В/м |
1/ С |
толщины, |
|
|
|
|
мкм |
5-7 |
0,01-0,03 |
1-3 |
400-700 |
0,3-4,0 |
9-12 |
0,01-0,03 |
1-3 |
400-700 |
0,3-3,0 |
4 |
0,001-0,04 |
3 |
100 |
0,08-1,0 |
22-50 |
0,01-0,5 |
1-3 |
250-350 |
0,05-0,25 |
5-7 |
0,003-0,01 |
10 |
300-400 |
1,0 |
9-10 |
0,002-0,01 |
|
|
|
8-10 |
0,002-0,01 |
2-6 |
200-300 |
0,04-0,3 |