Химическое осаждение слоев оксида кремния
Существует несколько методов осаждения слоев SiO2, из них наибольшее распространение получили пиролиз кремнийорганических соединений (например, тетраэтоксилана Si(C2H4OH)4) и окисление силана SiH4. В основе первого метода лежит реакция
Si(C2H4OH)4 ® SiО2 + СО2 + R ,
где R – органические радикалы, типа С2Н5, СН3 и другие. Процесс проводят при температуре 700 - 750 °С. Скорость роста довольно высока, что позволяет за несколько десятков минут получать слои толщиной несколько микрометров. Обычно эту реакцию реализуют с помощью потока газа-носителя (Ar, N2, H2, Ar + O2), содержащего пары тетраэтоксилана.
Пиролиз тетраэтоксилана при Т < 700 °С будет неполным и растущий слой SiO2 окажется загрязненным промежуточными продуктами разложения Si(C2H4OH)4. Выше 750 °С слой SiO2 загрязняется углеродом, карбидом кремния SiC и смолянистыми продуктами пиролиза. Для улучшения качества слоев иногда процесс проводят не в открытой трубе в потоке газа-носителя, а в вакуумной системе, наполненной после откачки парами тетраэтокилана. Процесс безопасен, что отличает его от реакций с использованием окисления силана.
В основе второго метода лежит реакция
SiH4 + 2O2 ® SiO2 + 2H2O.
Реакция проходит при температурах 250 - 400 °С. Данный метод по сравнению с пиролизом тетраэтоксилана обладает рядом преимуществ. Во-первых, получаются более чистые пленки без образования остатков органических соединений, углерода, карбида кремния и других. Во-вторых, процесс проходит при более низких температурах. В-третьих, окисление силана легко согласуется с эпитаксией кремния, то есть можно осуществлять процесс в одном реакторе, что очень важно при нанесении защитных покрытий на эпитаксиальные структуры.
|
|
|
Недостаток метода – токсичность и пирофорность (самовосгораемость) силана. Поэтому реагенты вводят в реактор сильно разбавленными аргоном, что позволяет регулировать скорость роста оксидных слоев. Скорость роста SiO2 растет примерно линейно с увеличением расхода силана и лимитируется расходом кислорода, то есть линейный участок переходит в насыщение, если становится недостаточно кислорода. Скорость роста SiO2 может достигать десятков нанометров в минуту.
Получение пленок нитрида кремния и оксида алюминия.
Иногда применение диэлектрических слоев SiO2 по тем или иным причинам невозможно. Это может быть связано с отсутствием маскирующих способностей слоя, используемого при фотолитографии. Такие примеси, как Al, Ga, In диффундируют в SiO2 в десятки и сотни раз быстрее, чем в кремнии, поэтому использовать в качестве маски слои из SiO2 в данном случае невозможно. Тонкие слои (d = 0,1…0,15 мкм) также не способны выполнить функции маски при длительной диффузии таких примесных атомов, как В и Р. Да и электрическая прочность слоев из SiO2 в ряде задач не удовлетворительна. Поэтому достаточно широкое распространение получили слои из нитрида кремния Si3N4. Для многих диффузантов проницаемость слоев из Si3N4 значительно меньше, чем слоев из SiO2. Это позволяет делать их более тонкими, что повышает разрешающую способность фотолитографии.
|
|
|
Использование слоев из нитрида кремния имеет и свои недостатки, в частности, более высокую плотность заряда на границе раздела Si - Si3N4, чем в системе Si - SiO2. Есть сложности с травлением рельефа из Si3N4. Поэтому часто используют комбинации слоев типа SiO2 - Si3N4, или SiO2 - Si3N4 - SiO2.
Получить слои из нитрида кремния можно в принципе методом прямого нитрирования поверхности кремния азотом, аммиаком или гидразином:
3Si + 2N2 ® Si3N4,
3Si + 4NH3 ® Si3N4 + 6H2,
3Si + 2N2H4 ® Si3N4 + 4H2.
Однако даже при температурах порядка 1300 °С скорость роста слоев Si3N4 очень мала (меньше 0,1 нм/мин). Поэтому методы прямого нитрирования в технологии применения не получили.
Хорошие результаты получаются при использовании реакций
3SiH4 + 4NH3 ® Si3N4 + 12H2,
3SiCl4 + 4NH3 ® Si3N4 + 12HCl.
|
|
|
Температура процессов 600 - 1100 °С. Скорость роста слоев Si3N4 получается на уровне 1 - 20 нм/мин. Слои получаются аморфные, с хорошей маскирующей способностью.
Слои из Al2O3 используют в качестве изолирующих или защитных покрытий в МДП-структурах. Оксид алюминия обладает повышенной радиационной стойкостью, имеет высокие электрические характеристики, прежде всего высокую диэлектрическую проницаемость, что обеспечивает эффективное использование слоев из Al2O3 в элементах памяти. Он устойчив к дрейфу таких ионов, как Na и K, вызывающих нестабильность работы полевых МДП-транзисторов.
Слои из оксида алюминия получают методом анодного окисления предварительно нанесенного на пластину тонкого слоя Al, методом реактивного распыления алюминиевой мишени в кислородной плазме, распылением подложки из сапфира электронным или лазерным лучом в вакууме, пиролизом алюминийорганических соединений. Последний метод является самым распространенным.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1116; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!