151276 (621646), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Окисний шар, одержаний анодним окисленням, характеризується головним чином аморфною структурою і великим опором пробою. Незважаючи на різносторонні дослідження різних металів в даний час в мікроелектроніці знаходять широке застосування тільки анодний алюміній і тантал.

Часто в структурі у вигляді другого шару використовують напівпровідниковий окисел, осаджений на діелектрик. Це покращує частотні і температурні характеристики плівок в порівнянні з тими плівками, для одержання яких використовується рідкий електроліт .

Тонкі плівки із розпиленого танталу внаслідок в наслідок її відносної високої частоти і гладкої поверхні в порівнянні з масивним матеріалом дозволяють формувати діелектричні шари такої високої якості, що електроди від випаровуваного матеріалу можна наносити без використання проміжного шару. Це напевне, найбільш легкий спосіб одержання плівок з великими постійними часу.

Хоча цей метод виготовлення діелектричних плівок і не зв’язаний з вакуумною апаратурою, та деякі результати цього методу заслуговують на його існування. Багато чого при виготовленні ІМС. Розробляється із застосуванням саме цього метод.

4.1 Окис алюмінію

Високо цінним в електроніці є анодування алюмінію. В загальному основними практичними вимогами при цьому процесі є:

• висока частота металу та електроліту при точному контролі напруги формування;

• густина струму;

• температура електроліту.

При дослідженні властивостей конденсаторів, які були виготовлені анодним методом дуже чистої алюмінієвої фольги і напиленням у вакуумі верхнього алюмінієвого електроду показано, що найкращі характеристики можна досягнути двохступінчастим анодуванням. При цьому переваги товстої пористої, яку одержують в щавелевокислому електроліті, доповнюються перевагами густої окисної плівки, яка утворюється в електролізі із борної кислоти. Для окисних плівок 10000Å, які можна використовувати при напрузі до 400В по амплітуді, досягнуті значення ємності порядку 0,006 мкФ/см². Коефіцієнт втрат рівний 0,005 на частоті 50Гц, був менший, ніж у електролітичного конденсатора відповідної ємності. [4]

4.2 Окис танталу

Електролітично анодований тантал треба вважати одним із найкращих діелектриків для конденсаторів. При виготовленні конденсаторів як завжди спочатку наносять плівку танталу катодним розпиленням в атмосфері аргону, потім анодуванням нарощують шар діелектрика і на кінець зверху наносять алюмінієвий або золотий електрод.

Властивості танталових тонко плівкових конденсаторів вивчалися дуже довго. В результаті дослідження виявилося, що електрична стійість анодованого танталу становить приблизно 6 ^. 10⁶ В/см. Діелектрична проникність такої плівки 25 і практична ємність 0,1 мкФ/см² при робочій напрузі 50 В.

Як було встановлено, коефіцієнт втрат при 293 К не перевищує 0,01 в широкому інтервалі частот. При робочих частотах більше 50 кГц коефіцієнт втрат зростає із-за наявності ефективного послідовного опору нижнього танталового електроду.

Схеми на основі танталу мають перевагу сумісності, так як і опори, і конденсатори виготовляють із одного вихідного матеріалу і одним і тим же методом нанесення. Велика величина ємності на одиницю площі разом з високою стабільністю опорів із нітриду танталу є дуже цінною в мікроелектроніці. Головним недоліком треба вважати опір нижнього електроду конденсатора, який на високих робочих частотах є дуже чуттєвим. [4]

4.3 Окис вольфраму

Анодним методом також добилися виготовлення діелектричної плівки з вольфраму. На основі цих плівок були виготовлені опори і ємності. Анодування таким чином проводилося в 1%-ій сірчистій кислоті при напрузі 35В. В результаті виявився великий розкид струмів втечі, який складає коефіцієнт 0,6. розрахована по товщині окислу діелектрика стала була рівна 40. Ці результати виявились дуже поганими і ними не можна користуватися при виготовленні конденсаторів, але подальші дослідження і вивчення можуть призвести до одержання кращого діелектрика.

4.4 Окис титану

В практиці при виготовленні тонко плівкових конденсаторів на керамічній підкладці було використано нанесення плівок титану хімічним шляхом а потім анодуванням. Він призвів до значення ємності до 0,01 мкФ/см² при коефіцієнті втрат менше 1% в широкому інтервалі частот. Опір втрат при 50В перевищив 10¹⁰ Ом/см², а температурний коефіцієнт ємності склав 0,08%/град.

Цим же методом виготовлялись опори, причому для точної підгонки величини опору використовували анодування. Було виявлено, що титан забезпечує ті ж переваги при виготовленні пасивних кіл в мікроелектроніці що і титан. Про електрохімічне окислення поверхні титану пише Сіберт, який вивчив великий набір електроліті.

Найкращі характеристики анодування досягаються в одному електроліті метил етилового ефіру фосфорної кислоти зі швидкістю створення плівок 20Å/В. Нерівність поверхні плівок перешкоджала точному обрахунку величини діелектричної постійної при використанні срібного верхнього електроду. Усереднена по товщині діелектрична стала була рівна приблизно 20-ти.

Титанові плівки наносяться також випаровуванням. Поверхня титану анотувалася в електроліті, який містив етиленгліколь і водний розчин щавелевої кислоти. Процес анодування використовувався для підгонки величини титанових опорів і для виготовлення діелектричних шарів для конденсаторів і діодів. Швидкість створення окисних плівок складала 22Å/В, а їх діелектрична стала була рівна приблизно 40. температурний коефіцієнт ємності в інтервалі від -473 ­до +473 К складав +0,03%/град. Діелектричні втрати таких конденсаторів в інтервалі частот від 100 Гц до 400 кГц виростали при підвищенні частоти від tg δ = 0,02 до tg δ = 0,05, що було обумовлено існуванням ефективного послідовного опору нижнього електроду.

При виготовленні конденсаторів можна також анодувати нанесені випаровуванням титанові плівки. Було виявлено, що напруга пробою залежала від полярності прикладеної напруги. Конденсатори ємністю 0,05 мкФ/см² в прямому напрямі витримували сили від 2 до 14В, в той час як в затвірному режимі ця величина сягала до 50-ти В. Пробій будь-якому напрямку призводив до незворотного виходу конденсатора з ладу.

Діелектричні втрати такої плівки виявились дуже низькими менше 1% на частоті 1 кГц при 293 К, а діелектрична проникність 50.

5. Хімічне осадження

При хімічному осадженні можна вибирати й використовувати багато реакцій хімічних сполук. Вибір конкретної хімічної реакції часто залежить від температури осаджування, яка визначається з урахуванням властивостей матеріалів, які входять в структуру осаджуваної плівки. Найбільш розповсюдженим є термічний розпад тетраетоксилану при температурах 973 – 1173. такий процес нанесення тонких діелектричних плівок називається піролізом. Якість піролітичного виготовлення плівок можна покращити шляхом проведення цього процесу в присутності кисню. Піролітичний процес можна також проводити при більш низьких температурах, які не перевищують 673 – 773K. При зменшенні температури піролізу швидкість осадження плівок зростає. Плівки SiO₂ одержані цим методом мають аморфну структуру. Також ще використовують реакції окислення силану киснем при температурі 673 – 723 К для осадження двоокису кремнію. Часто для легування окислів в реакційну камеру добавляють легуючі елементи. Частіше всього для цього використовують такі гідриди як арсін, фосфін і дибо ран, так як процес їхнього одержання і очистки добре освоєний. Нітрид кремнію одержують реакцією силану з аміаком при атмосферному тискові і температурі 973 – 1173 К або реакцією дихлорсилану з аміаком при пониженому тискові і температурі до ~ 973 К.

На рис. 5.1. показані два типи реакторів, які використовують для процесів осадження плівок хімічним способом.

Рис. 5.1. Конструкції реакторів для методу хімічного осадження

На рис. 5.1. представлений реактор з горячими стінками, який працює при пониженому тискові і використовується в основному для осадження полі кремнію, двоокису кремнію і нітриду кремнію. Такий реактор складається з кварцової труби, що нагрівається трьохзонній печі. Газова суміш поступає з одного кінця труби і відкачується з другого. Для механічного насосу інколи підсилюється вентилятором Рутса. Тиск в реакційній камері звичайно складає від 30 до 250 Па, температура 573 – 1173К, а затрата газу 100 – 1000 см³/хв. в перерахуванні на атмосферний тиск. Підкладки встановлюються вертикально, перпендикулярно газовому потокові, в кварцовій лодочці. Одночасно в реакторах такого типу можна обробляти від 50 до 200 підкладок. Для зміни динаміки газового потоку інколи використовують спеціальні обтікателі. Досягнута однорідність товщини плівок ± 5%. Реактори з горячими стінками, які працюють при пониженому тискові, можна легко збільшити (в масштабі) для обробки підкладок діаметром 150 мм. Основні переваги реакторів розглянутого типу – висока однорідність плівок по товщині, великий об’єм загрузки і здатність обробляти підкладки великого діаметра. До недоліків такого реактора відносяться низька швидкість осадження і часте використання ядовитих, легкозаймистих газів або газів які розвивають корозію [1]

5.1 Двоокис кремнію

Плівки двоокис кремнію можна осаджувати як з легуючими добавками, так і без них. Нелегований двоокис кремнію використовують у вигляді ізолюючої плівки між многорівневою металізацією, в якості маскуючої плівки в процесах дифузії та іонної імплантації, як захисна плівка, що оберігає нелеговані області від автолегування в процесі термоциклування, а також для збільшення товщини підзатвірного діелектрика. Леговані фосфором плівки окислу використовуються в якості ізолятора між металічними шарами, як пасивуючі покриття та поверхні уже сформованих приборів і в якості гетеруючих шарів.

Для формування плівок двоокис кремнію використовують декілька методів осадження. Вони характеризуються різними хімічними реакціями, типом реактора який використовується і температурою процесу осадження. Плівки, що осаджуються при низьких температурах (нижче 773 К), формуються за рахунок реакцій між силаном, легуючими добавками і киснем. Хімічні реакції, що проходять при формуванні легованих фосфором плівок окислу, можна записати таким чином:

Si₄ + O₂ → SiO₂ + 2H₂

4PH₃ + 5O₂ → 2PO₅ + 6H₂

При нормальних умовах осадження, водень утворюється скоріше ніж вода. Осадження може бути здійснено при атмосферному тискові в реакторах неперервного типу (див. рис. ) або при пониженому тискові в реакторах типу представлених на рис. . Основна перевага реакцій силану з киснем - низька температура осадження, що дозволяє осаджувати плівки поверх алюмінієвої металізації.

Ці плівки можуть використовуватись для пасивуючих покрить і діелектричної ізоляції. Основним недоліком реакції силану з киснем є погане відтворення ступінчатого рельєфу в наявності частинок, які осідають у вигляді хлоп’їв на стінках хімічного реактора.

Крім того, двоокиси кремнію осаджують при температурі 933 – 1033К в газофазних реакторах при пониженому тискові шляхом розкладу тетраетоксилану (Si(OC₂H₅)₄). Це з’єднання називається також тетраетил- ортосилікатом (ТЕОС), випаровується із рідкого джерела. Це можна записати такою реакцією:

Si(OC₂H₅)₄ → SiO₂ + інші продукти

де іншими продуктами є складні суміші органічних і неорганічних сполук. Переваги осадження плівок із ТЕОС це висока однорідність, велика якість плівок і певна відтворюваність рельєфу структури. До недоліків відносяться висока температура процесу і необхідність у застосуванні рідких джерел.

Двоокис кремнію можна осаджувати при температурі ~1173 К при пониженому тискові шляхом реакції дихлорсилану з закиссю азоту.

SiC₂H₂ + 2N₂O → SiO₂ + 2N₂ + 2HCl

Цей процес осадження, що забезпечує хорошу однорідність плівок, використовують для осадження ізолюючих шарів на полі кремнію. Але такі окисли часто містять невелику кількість хлору, який може реагувати з полі кремнієм або визивати розтікання плівок.

Легування плівок здійснюється шляхом добавлення в процесі осадження невеликої кількості гідридів (фосфіну, арсіну і диборану). Можна також використати інші легуючі матеріали, наприклад галегоніди або органічні сполуки, але вони менш зручні, так як більше всього їх треба випаровувати із твердих або рідких джерел.

Характеристики

Список файлов курсовой работы