Защитные диэлектрические пленки в планарной технологии

План

1 Функции пленки диоксида кремния

2 Формирование пленок диоксида кремния.

2.1 Формирование пленок диоксида кремния термическим окислением

2.2 Явления, сопутствующие процессу термического оксидирования

2.3 Техника процесса

2.4 Факторы, влияющие на скорость роста и качество пленок SiO₂

3 Другие методы получения пленок оксида кремния

3.1 Осаждение пленок оксида кремния термическим испарением

3.2 Реактивное катодное распыление оксида кремния

3.3 Химическое осаждение слоев оксида кремния

4 Получение пленок нитрида кремния и оксида алюминия

1 Функции пленки диоксида кремния.

Пленки диоксида кремния имеют хорошие диэлектрические и защитные свойства. Их относительно просто получать на поверхности кремния. Поэтому пленки диоксида кремния используют в планарной технологии как составную часть элементов структуры и технологические слои в процессе изготовления микросхем.

Термически выращенный диоксид кремния характеризуется следующими электрическими характеристиками: удельное объемное сопротивление ρ_v=10¹⁵…10¹⁶Омсм; относительная диэлектрическая проницаемость составляет от 3 до 3,8 в зависимости от метода выращивания пленок; электрическая прочность E_пр=10⁶...10⁷ В/см.

В структурах полупроводниковых микросхем диэлектрические свойства диоксида кремния используют

для электрической изоляции элементов между собой (рис. 1,а),

изоляции коммутационных проводников от поверхности полупроводника и друг от друга при многослойной разведке коммутационных проводников;

в качестве тонкого подзатворного диэлектрика в МДП транзисторах (рис. 10.8,б).

Для защиты поверхности изготовленной полупроводниковой структуры от влияния посторонних химических веществ и влаги наносят защитный пасивирующий слой диоксида кремния (рис. 10.7). Термин “пассивация” означает защиту поверхности. Пассивация стабилизирует состояние поверхности кристалла и защищает вертикальные участки р-n переходов, выходящих на поверхность. Это улучшает электрические параметры и характеристики ИС и повышает их температурную и временную стабильность.

Рисунок 1 - Функции пленки диоксида кремния: а - электрическая изоляция и защита поверхности; б - подзатворный окисел; в - маска для локального легирования

В процессе изготовления ИМС широко используются маскирующие свойства диоксида кремния. Диоксид кремния не вступает в химические реакции со многими реагентами. Пленка растворяется только в плавиковой кислоте HF и в концентрированных растворах щелочей. Это свойство используют при формировании на поверхности кремния маски из при локальном травлении кремния.

При локальной диффузии легирующих примесей маска изготовляется также из пленки . Слой диоксида кремния имеют хорошие маскирующие свойства относительно многих диффузантов. Маскирующие свойства пленок определяются значительно меньшей величиной коэффициента диффузии акцепторных и донорных примесей в оксиде кремния, чем в кремнии. Для акцепторных примесей это условие выполняется только для бора. С этим связано практически исключительное использование бора при создании областей р-типа в ИМС на основе кремния. Галлий (Ga) диффундирует в приблизительно в 400 раз быстрее, чем в кремнии, еще скорее проникает через слой алюминий, поэтому диоксид кремния как диффузионная маска для этих примесей неэффективен.

2 Формирование пленок диоксида кремния.

2.1 Формирование пленок диоксида кремния термическим окислением

Чаще всего используются методы получения пленок диоксида кремния при высоких температурах - термическое окисление.

Окисление проводят в эпитаксиальных или диффузионных установках, пропуская над поверхностью пластин газ – окислитель, кислород, или смесь влажного пара с кислородом (влажный кислород) при температуре 1000…1300C...