Берлин Е. - Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких плёнок (1051243), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Их поток регулировался регуляторами расхода газов с помошью блока управления подачей газов типа РРГ-9-2,5. В описанных условиях были получены вольтамперные характеристики (ВАХ) разрядов в различных газовых средах (рис. 11.1). Первая ВАХ получена в среде аргона при его потоке в камеру 0,026 Вт. Она представляет собой типичную для нереактивного разряда монотонную кривую.
Ее можно, как это обычно делается„описать уравнением; д=а (д', где 1 — ток разряда в амперах, (! — напряжение разряда в вольтах, а=2 10 "— коэффициент пропорциональности, Ь=б — показатель степени. Показатель степени характеризует качество магнитной ловушки магнетрона, удерживающего электроны у поверхности подложки.
Его сравнительно небольшая величина в нашем случае говорит о том, что магнитное поле ослаблено из-за большой суммарной толщины мишени и ее водоохлаждаемого основания. Можно было уменьшить толщину мишени, но мы предпочли оставить ее такой для достижения большего срока ее службы и увеличения коэффициента ее использования, Как известно (1], чтобы все режимы разрядов с кремниевыми мишенями были устойчивы, необходимо применять источник питания магнетрона со стабилизированным напряжением. Это и было осуществлено во всех последуюших экспериментах. Вторая ВАХ была получена, когда к аргону добавлен поток кислорода 0,032 Вт.
Она имеет типичный для реактивных процессов Х-образный вид [! — 4]. Третья ВАХ получена при том же потоке аргона и потоке азота 0,023 Вт. Вместо обычно получаемой Х-образной характеристики мы видим монотонную, что говорит о том, что быстрота поглощения азота пленкой много меньше скорости поглощения кислорода и сравнима со скоростью откачки камеры. С1! 2 ЯГвсаяа 1. Глава 11. !явлучвние чередующихся овевразличныхдизвсктриков алх ряаряяаа з Ы е 2 400 500 500 Напряжение, В Рие. 11.1.
Вольтамперные характеристики разряда в магнетроне с кремниевой мишенью; 1 — а среде аргоиа, 2 — в смеси ар«она и кислорода, 3 — в смеси аргона и азота На рис. 11.1 хорошо видно, что ВАХ реактивных разрядов соответствуют напряжениям разряда существенно меньшим, чем ВАХ нереактивного разряда. Рабочий диапазон напряжений при получении соединений должен быть 400-550 В.
Во всех случаях, чем выше напряжение разряда, тем больше скорость нанесения, но больше концентрация атомов кремния в слоях. Чтобы быстрее найти оптимум, мы использовали компьютерную модель реактивного процесса (глава 10). Она позволяет вычислить все параметры процесса, в частности степень покрытия поверхности мишени диэлектриком — 8. Это, в свою очередь, дает возможность вывести аналитические зависимости ВАХ реактивного разряда. Они имеют следующий вид: (!!.2) где с — коэффициент, зависяший от величины коэффициента вторичной электронной эмиссии диэлектрика. В наших условиях для ингрида с=0,55, а ддя оксида с=0,9.
Результаты расчета ВАХ приведены на рис. 11.2 и 11.3. Их доста- точно хорошее совпадение с экспериментальными (рис. 11,1) гово- «««.я « ~д~ «д «1ф рит о правильности используемой модели. Это позволило нам сократить число дальнейших экспериментов по определению интересуюШих нас взаимозависимостей параметров процесса при фиксированном напряжении разряда. Результаты расчета параметритов процесса с помошью модели приведены на графиках (рис.
! 1.4-11.11). Изменения скорости поглошения реактивного газа растушей пленкой при стабилизированном напряжении разряда — Г„показаны на рисунках 11.10 и 11.11. Зависимости сильно отличаются друг от друга. Во время получения нитрида при росте тока (о сначала растет, проходит через максимум и снижается. Но даже в максимуме не превы- « шает 0,8 м'/с. В тех же услови- н > ях во время получения оксида („ меняется от 5 ма/с при получении стехиометрического соединения до более чем 50 м'/с при малых потоках кислорода. Это подтверждает данное выше объяснение различия в форме ВАХ обоих разрядов. Остальные свойства разряда в обоих реактивных газах похожи друг на друга. На рисунках 11.4 и 11.6 изображены зависимости тока разряда от потока реактивного газа в вакуумную камеру. Зависимости для обоих газов практически линейные, то есть ток разряда сам по себе может служить мерой потока реактивного газа.
Скорости роста пленок нитрида и оксида приведены соответственно на рис. 11.8 и 11.9. Зависимости скоростей н«~ Ряе. 112. Вольт-амперные характери- стики магнетронного разряда; а — в смеси аргона н азота, б — в аргоне Рне. 11.3. Вольт-ампериые характе- ристики магнетронного разряда: ив в смеси аргона и кислорода, б- в ар- гоне 5 — 250< Рис.
11.7. Зависимость соста- ва пленки оксида кремния от тока разряда в амперах чт и а 2 з ч(а (ч(Р( Рис. 1 1.4. Зависимость тока разря- да в амперах от потока азота в ка- меру в Вт при постоянном напря- жении разряда Таблица 11.1 Рис. 11.5. Зависимостьсостава плен- ки иитрида кремния от тока разряда в амперах. Пунктиром отмечен сте- хиометрический состав роста от тока разряда монотонные, почти линейные.
Никаких Таблица 112 спонтанных переходов между различными состояниями разряда не наблюдается, и все режимы стабильны, что подтверждает правильность выбора ИП. Состав пленок, выраженный как отношение числа ато- чм чв( Рие. 11.8. Зависимость скорости ро- ста пленки нитрида в м/с от тока раз- Ряаа в амперах Рис. 11лл Зависимость скорости ро- ста пленки оксида кремния в м/с от тока разряда в амперах СИ 4 Часть 1. Глава 11. Получение чередующихся слоев различных дизлектриков мов кремния в пленке к числу атомов газа в ней, зависит от тока разряда (рнс.
11.5 и 11.7). ( Зависимости, как и в предыдуо„< ) ию ших случаях, монотонные. Чем больше поток реактивного газа, Рис. 11.6. Зависимость тока разряда тем больше ток разряда и ближе в амперах от потока кислорода в ка- состав пленки к стехиометричесмеру при постоянном напряжении кому. Из этих графиков можем разряда определить режимы, необходи- мые для получения стехиометрических пленок нитрида кремния и его оксида. Итоги подведены в таблице 11.1, где приведены расчетные режимы получения стехиометрических пленок нитрида и оксида кремния.
г п.яю ~ ч р ~ 1Д о /ггьв Оеш ае Резюме: Рис. 11.10. Скорость поглощения азота растущей пленкой Рис. 11.11. Скорость поглощения кислорода растущей пленкой Литература к главе 11 ~~~« « « ге И. и Ю Ь. Для проверки рабочих режимов таблицы 11.! были проведены процессы нанесения слоев нитрида и оксида кремния при различных напряжениях, близких к расчетным. Таким способом были найлены оптимальные режимы, при которых полученные слои были прозрачны и бесцветны.
Состав таких пленок близок к стехиометрическому Эти режимы приведены в таблице 11.2. В режимах, указанных в таблице 11.2, мы проводили нанесение пленок на полупроводниковые пластины, содержащие структуры приборов. Одной из важнейших технологических задач, которые необходимо было решить при создании высокочастотного полевого транзистора, было формирование субмикронного электрода затвора, расположенного точно в середине канавки шириной 1,5-2 мкм. Размер затвора и точность его совмещения с канавкой существенно влияли на коэффициент усиления по мощности и пробивное напряжение затвора. Наилучшие результаты были получены при использовании технологии самосовмещения электрода затвора с канавкой.
Самосовмещение осуществлялось путем использования двухслойных диэлектрических покрытий ЯО, н Я,Хк Далее использовали селективность травления каждого материала. На верхнем слое нитрзша кремния методом электронной литографии формировали резистивную маску с размерами окна, соответствующими размерам субмикронного электрода затвора. После чего методом ионного травления такие окна формировали в слое нитрида. Далее химическим травлением в слое оксида формировали окна размером 1,5 — 2 мкм.
Окна вследствие изотропности химического травления ока- а па ~ ««1!7) зывались точно совмещенными с окнами в слое нитрида. Через полученную таким образом структуру сначала травили канавку в полупроводниковой подложке, а затем напылением формировали электрод затвора. В описанной технологии самосовмешения к используемым диэлектрическим слоям предъявляли следующие основные требования: хорошая адгезия к подложке и между слоями, низкая плотность объемного заряда, низкий уровень механических напряжений и отсутствие посторонних примесей.
Этим требованиям хорошо отвечают слои нитрида и оксида кремния, полученные в данной работе. Разработана технология нанесения пленок кремния, его оксида и ингрида в любой комбинации. Скорость нанесения диэлектриков не менее 1,5 мкм/ч на движущуюся подложку и 15 мкм/ч на неподвижную. Температура подложек во время нанесения пленок не превышала 300'С. !.
Сейдман Л.А. Способы управления процессам реактивного магнетронного распыления с помощью вольтам пер ных характеристик разряда. — Труды постоянно действующего семинара «Электровакуумная техника и технология», под ред. А.В. 1орина, М., 1999, 168 с. 2. Берлин Е.В., Воробьев А. н Сейдман Л.А. Получение чередующихся слоев диэлектриков на основе кремния. — ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2002, вып.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
