Осаждение диэлектрических пленок

В технологии изготовления ИМС для формирования диэлектрических пленок помимо окисления широко используется осаждение диэлектрических пленок.

Осаждение диэлектрических пленок позволяет:

1. ↓ температурное воздействие на п/п пластине (↓ перераспределение примеси)

2. Получать диэлектрические пленки из различных материалов (SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃) в результате появляется возможность значительно расширить функциональные возможности ИМС.

3. Получить диэлектрические пленки в тех случаях, когда окисление пленки невозможно. (При межслойной изоляции, несколькими слоями металлизации).

4. Получить диэлектрические пленки необходимо для посевации (защиты) поверхности готового кристалла от внешних воздействий.

Для осаждения диэлектрических пленок применяются два типа реакций окисления и разложения диэлектрических пленок путем осаждения селана.

Достоинством данного метода является низкая температура процесса от 200-350 °С и возможность получения легирующих пленок. Недостатком данного процесса является высокая взрывоопасность и невысокое качество получения диэлектрических пленок. В технологии ИМС данный способ получения диэлектрических пленок в основном используют для формирования пасивирующих покрытий и формирования межслойной изоляции над разводкой.

Другим широко распространенным способом получения диэлектрических пленок является пироллитическое разложение –органических соединений. Пример такой реакции рассмотрим на основе разложения тэтраэтоксисилан (ТЭОС)

, где

R – углеродосодержащий органический радикал.

Получение диэлектрических пленок путем разложения ТЭОС дает возможность, формирования высококачественной пленки на поверхности п/п пластины. Т=600°С-1100°С, наилучшие результаты при Т=800°С. Данные пленки широко используются для формирования межслойной изоляции после поликремневых электродов. Для получения качественных пленок двуокиси кремния пироллитические разложения ТЭОС необходимо проводить при пониженном давлении (давлении 10 Па).

Упрощенная схема установки осаждения диэлектрической пленки из ТЭОС.

1. кварцевый реактор

2. кварцевая лодочка

3. п/п пластины

4. нагреватель

5. насос, обеспечивающий откачку – вакуум

6. барбатер с ТЭОС

Помимо пленок SiO₂ в технологии ИМС часто применяются пленки Si₃N₄ и Al₂O₃. Рассмотрим особенности получения пленок Si₃N_4. Получение данных пленок путем прямого азотирования Si:

Крайне редко из-за высокой температуры и низкой скорости осаждения пленки. Обычно используются реакции взаимодействия SiH₂ с аммиаком:

Данная реакция протекает при Т°С< 900°С для осаждения Si₃N₄ используется стандартное оборудование. Пленки Si₃N₄ имеют хорошую однородность и высокую плотность и часто используются в качестве маски при проведении диффузионных процессов и локального окисления кремния. Пленка Si₃N₄ обладает уникальными электрофизическими характеристиками и способна изменять свое зарядовое состояние при протекании сквозных токов. Эти свойства нитрида Si позволили разработать на его основе приборы со структурой Ме/SN₃/окисл/п/п МНОП, которые используются в качестве ПЗУ с возможностью многократного программирования. Для формирования пленок окиси Al широко используется анодное окисление Al, а так же осаждение алюминия из Al содержащих соединений.