К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 67
Текст из файла (страница 67)
2.6.11. Схема устаивал (е) даа яарааеиаева эаягаюпааьаых ааааа араеавдВ галала в иагеьи тз тв Я(ТМГ)-АэНз-Нз(1-1 ах и блок; 2- вакуумные храни; 3- ратамегрм; 4- барбагер а ТМТ; 5 - барбстер а лвгагурай МОС (см. табл. 26.10); 6- лагачпяк арсвна; 1- псгачпак лягатуры (пщулд); 8- печь даппгаяаа) в ипиеай ааа (6) ргигпваеаа даава (1 - основание; 2- аеиоаи часть Реактора; 5- верхнее аларни плита; 4- ипааах лодьеияого мегапиви ачпгпй чаля раахюгж; 5- пряжи мегзлюма зраианва падэажхадержаии; 6- яажнэа аварвае пиита; 1- опознал плата пзгвезагельпиа эламонгж 8 - пацжвагаэмащ эимип; 9- эююэха) герметичный бокс с продувкой азотом для размещения реакторов и проведения загрузки и разгрузхи реактора в контролируемой ягмогфере вручпуго или, чгО предло пъпельпаеавтоматически; системы продувки боксов снайкаются на выходе фильтрами для улавливания токсичных веществ в случае аварийной разгерметизации.
Ввиду более высоких требований к стерильности процесса по сравнению с процессами осаждения кремния нли германия в установках эпитаксин арсенпда галлия и друпп соединений АщВУ более широко применяется апецпальная элэкгропслировка пповых трубопроводов и внутренних обьемов газовой аппаратуры и круговая аварка в защитной среде (продувка аргоном внутри и анаружи сзарюиемых деталей); конструкции элементов шэарзспредеппельной системы полноспао исюпочают застойные зоны и непродуазеыые объемы. ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК ДИОКСИДА КРЕМНИЯ 191 2.6.10. Характеристика уепвюаок эввтавсви арсеивда галана в соедвневнй Агпйч АНВчг ' МОС - металлооргаиическое соединение.
П р и м е ч а н и е. Система управления - микропроцессорная. Г 1, Г 1 )Г 1 $102 ' ЯОг ' ' ЯОг ' 1 1 1 1 1 1 1 1 51 ! 1 1 В табл. 2.6.10 приведены основные характеристики промышленных установок эпитаксии арсенида гюопи и соединений АнгВч, АпВчг, различаюшихся типом нагрева, диапазоном используемого давления в реакторе и производительностью. Отличительными особенностями установки А1Х-200 являются; применение быстродействующих (не более 1,5 с) регуляторов расхода газа и регу!шгоров давления; прецизионный контроль температуры источника металлоорганпческого соединения (не более 0,05 'С); постоянство температуры по подлоикодерхапелю (погрешность не более 0,4 'С/см); короткие времена нагрева и охлаждения (10 мин), высокая скорость газа в зоне роста (5 м/с); создание в реакторе низкого давления с помощью роторного насоса с химическим фильтром шш масла. Из-за большой длительности процесса осаждения (более 1 ч) кластерные конструкции в технологии эпнтаксни арсенида галлия и других соединений АшВч АпВчг не нашли применения, а достижение высокой однородности и воспроизводимости алек!рофизических параметров эпнтаксиальных слоев осуществляется за счет применения прецизионных, высокоскоростных средств регулирования расходов реагентов и температуры и полностью автоматизированной загрузки подложек в реактор в контролируемой чистой среде азота.
гдж Фогмиюваник тонких плкнок диоксида кгкмния мктодом ткгмичкского окислкння Термическое окисление - это химической процесс взаимодействия кремния с окислите- лем - кислородом илп парами воды, стимулированный при высоких температурах 700 1300 'С, с образованием пленок диоксида кремния (ЯОг): Я+ О,= 51О,; Я + Н20 = ЯОг + 2 Нг Окисление - базовый процесс технологии микроэлектроники по созданшо пассивирующих, маскируюшнх и изолирующих пленок на поверхности кремниевых пластин (рис. 2.6.12), являющихся основой планарной технологии кремниевых микросхем. 1 1 .
1 1 . 1 1 ЯОг,, ЯОг,, ЯОг, ( . ! ( . ( Я 1 1 Я 1 а) 6) в) Рве. 2.6.12. Схемы асаэаьэеааааа двексаяа авэвааа а тэхвююгяв ывараеаеэс а — пэссавврую!лвй лвэлэхтрвх; в - ыэсхвргюшая дяэлэхтрпа пул ионном лэгярсэавив; в - уэаспв изолирующего диэлектрика ва поверхности яластвпы Глава 2.6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК Особенность окисления - формирование пленок диоксида кремния из материала пластины с одновременной очистной поверхности и переводом части кремния в оксид при утонении пластины. В зависимости от назначения пленок диокснда кремния в технологии микросхем получили распространение разновидности окиолення: окисление в кислороде (" сухое" окисление), в том числе с добавками галозенсодержащих (обычно ха ори стото водорода НС1) веществ для повышения качеспю пленок диоксида кремния; окисление в парах воды ("влюаное" окисление), в том числе пиротенное, когда нары воды образуются непосредственно в зоне окисления из сверхчистых водорода н кислоРода путем их взаимодействия (2Нз + Оз = = 2НзО4), при нормальном нли повышенном (до 510 Па) давлении.
Диоксид кремния представляет собой соединение кремния о кислородом с ковалентным типом связей, котда каждому атому кремния с валентностью 4 соответствуют два атома кислорода с валентностью 2, но каждый атом кислорода являеюя общим сразу лля двух атомов кремния. В результате каждый атом кремния связан с четырьмя атомамн кислорода, образуя ячейху в виде тетраэдра, в центре которото расположен атом кремния, а в вершинах - атомы кислорода. В массиве диоксида кремнии тетраэлры связаны друг с друтом через атомы кислоРода, находящиеся в вершинах. Пленки диоксида кремния, полученные в процессе окисления, представляют собой аморфную структуру в отличие от кристаллической струтзуры кварца Если в кристаллической форме диоксида кремния (кварц) тетраэдры расположены строго в ориентированной форме, образуя кристаллическую решетку (рис. 2.6.13), то в аморфной пленке диоксида кремния тетраэдры расположены хаотично.
В аморфной структуре возможно существование полостей, пустот, хаотичное расположение тетраэдров с неплотной упаковкой, хотк и имеются упорядоченные области (ближний порядок) с размером в десятки нанометров. Благодаря этому образуются вакансии кислорода и примесные атомы в узлах решетки, определяющих физико-химические свойства пленок. Свойства пленок диоксида кремния, полученных термическим окислением, приведены в табл.
2.6.11. Кинетнка окисления кремния описывается моделью Дина и Гроува для температуры 700 — 1300 'С и толщины оксида свыше 20 — 30 нм в атмосфере кислорода и (или) паров воды. Окисление проводится обычно в кварцевом реакторе, в который помещаются пласти- ΠΠ— Я— Π— Б1— ΠΠ— Б1 — О О ! — Я вЂ” О О Рве. 2.6.13. Лвухмервая |юаель аряетаааачеекете двеасяяа аремвва: а - тетраэдр; 6 — двумерная модель структуры с вакаимммн кислорода (*) ны кремния и подается поток газообразного кислорода или паров воды (нли кислорода с парами воды).
Нзначельно на поверхности пластин практически всец1а имеется слой оксида толщиной 10 - 17 нм, образующийся при химической очиспсе или в результате подкисления даже при кратковременном нахождении на воздухе при 20 'С. В реакторе окисляющий элемент Оз или Н20 переносится из тазовой смеси на поверхность пластины (поток а1), диффундирует через уже образовавшийся оксид (поток Р2) и взаимодействует на поверхности пластины с кремнием (поток РЗ). В условиях равновесия .с1 а2 а3. Поток окислителя О ! — Я вЂ” * Π— Я вЂ” О О ! а) Π— Б! — ΠΠ— Я— О 2.6Л1. Свойства пленок ЯОт формирования тонких плднок диоксидл крдмния 103 ф = В/А (г + (0), Вз= йСь 60 + Ало = В((+ ГО).
2.6.12. Константы скорости овлсвешш в суком Оз 2.6ЛЗ. Константы скорости овисяевия в варах НзО В1 = й(С. - С.), где Ь вЂ” коэффициент массопереноса, С* концентрация окислителя в газовой среде; С„- ~~~ц~~~р~ц~~ окишштсчя, захватьпмемого поверхностью оксида. На поверхности оксида происходит диссоциация окислителя и в оксид захватывеешя (входит) окислзпеяь в форме ионов О нли ОН, занимая место вакансий кислорода (см. рис.
2.6.12, 6) и двигаясь по вакансиям. Поток окислителя через оксид к поверхности кремния может быль представлен по закону Фика Вг = РАС/ Ах. Здесь Р - коэффициент диффузии окислителя в оксиде по вакансиям кислорода; г(С / Ах = = (Сс С;) / г(0 — градиент концентрации окислителя, где С; - концентрация окислителя, досппаюшего поверхности у пластины; толщина оксида. Поток окислителя, взаимодействУющего с кремнием, где д - коноинта скорости химической реак- ции окисления кремния, 1+ и/л+ ас(0 / Р Концентрация окислителя, захватывае- мого поверхностью оксида, (- / ). Толшину оксида можно вычислить, решая квадратное уравнение Здесь А=ЗР(1/(с+1/й); В=ЗРС*/)(Г, где Ф = 2,2 10 см з - число молекул окислителя в единице объема оксидного слоя; 1 — время окисленгш; (0 = Д г + Аг(ГВ - соответствует времени, необходимому дпя получения первоначального слоя оксида толщиной Иь На практике в основном при выращивании пленок диоксида крезапш толщиной 25- 10З нм дяя пассивацни, мзскяровзлня и изоляции элементов микросхем (за исключением слоев для подзатворного диэлектрика толщиной менее 25 нм), когда !» (0, толщина оксида г(02 = Вд При очень малом времени окисления (г + (0) «Аг / (4В).
В этом случае. где В/А - линейная констюпа скорости окисления. Константы скорости окисления кремния в сухом кислороде и в парах воды приведены в табл. 2.6.12 и 2.6.13. Толщина слоя (мкм) при окислении Ф = Вг, ще В - см. табл. 2.6. 12 и 2.6.13, ыкмг/к Г - в ч. Сравнение константы скорости окисления В дзя сухого окисления в кислороде и влажного в парах воды показывает, что скоросп охисления в парах воды в десятки и сотни раз выше, чем в кислороде. Зто объясняется различной равновесной концентрацией частиц окислителя С, определяющих скорость Глава 2.6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК окисления, причем дш паров концентрации окислитюгя вьппе на несколько порядков. В соответствии с этим для получения толстых пленок пользуются методами окисления в парах воды, поскольку окисление в сухом кислороде заняло бы сотни часов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
