Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата

[pic]

На рисунке изображена принципиальная схема установки для осуществления процесса плазменного анодирования. Кислородная плазма возбуждается в объеме 1 генератора плазмы.
Существует несколько видов плазмы, отличающиеся способом возбуждения.
Тлеющий разряд на постоянном токе.

При этом в объеме 1 создается пониженное давление кислорода (обычно
0.1--1 Торр) и между электродами 2 и 3 прикладывается постоянное напряжение разряда Ud величиной внесколько сотен вольт.
Дуговой разряд низкого давления.

Катод 3 нагревается за счет пропускания через него тока накаливания.
Вследствие чеготермоэмиссии электронов с поверхности катода облегчается ионизация газоразрядного промежутка, что приводит к снижению напряжения Ud до величины менее 100 В

ВЧ разряд (радиочастотный разряд).

Плазма возбуждается за счет поглощения ВЧ мощности генератора, связанного с объемом 1 либо индуктивно, либо емкостным способом ( ВЧ напряжение подается на пластины 2 и 3 ).

СВЧ разряд (микроволновый разряд).

Плазма возбуждается при поглощении СВЧ мощности генератора, согласованного с объемом 1 с помощью волновода.

Анодируемый образец 4 находится под положительным относительно плазмы потенциалом fа (потенциалом формовки), который подается на образец через специальный контакт. При этом величина (а может быть отрицательной относительно земли, поскольку равновесный потенциал плазмы отрицателен.
Внешняя поверхность оксида в результате взаимодействия с плазмой приобретает "стеночный" потенциал fb, как правило, отрицательный относительно потенциала невозмущенной плазмы (п.
Если образец изолирован от внешней электрической цепи (плазменное оксидирование), то его поверхность приобретает "плавающий" потенциал (f.
Наличие анодного потенциала fа на образце вызывает протекание через него анодного тока Ia (или тока формовки), который состоит из ионной составляющей Ii, вызывающей рост оксида, и электронной составляющей Ie. Чем больше доля ионного тока, тем эффективнее протекает рост плазменных оксидов.

Свойства плазменных окислов кремния.

Кремний является наиболее хорошо исследованным материалом электронной техники. Основным процессом пассивации поверхности кремниевых пластин служит термическое окисление. Однако по мере перехода к изготовлению сверхбольших и сверхбыстродействующих интегральных схем (ССБИС ) возникает необходимость в снижении температуры окислительных обработок с 1400 до
900...1100 К, при которых отсутствует неконтролируемая термодиффузия примесей и другие побочные эффекты, стимулируемые высокой температурой. В связи с этим внимание исследователей начинают привлекать процессы плазменного анодирования и окисления кремния. В работах японских, американских, французских и других исследователей получены пленки плазменного диоксида кремния, по своим параметрам не уступающие лучшим термическим образцам, а по электрической прочности и превосходящие их.

Плазменные оксиды кремния независимо от способа получения представляют собой стехиометрический диоксид кремния SiO2. Их структура является аморфной, а свойства приближаются к параметрам пленок SiO2, полученных методом термического окисления кремния. Плазменные оксиды, будучи сформированными при существенно более низких температурах, не обладают дефектами упаковки, не создают механических напряжений на границах раздела оксид - подложка и в ряде случаев имеют более совершенную структуру границы. Термические пленки SiO2, сформированные при больших скоростях окисления, содержат кластеры кремния размером 2...3 нм. В то же время плазменные оксиды, сформированные даже при более высоких скоростях, не имеют подобнных дефектов на границе раздела Si - SiO2, в них не наблюдается также эффект перераспределения примеси при окислении.

Вольт-амперные характеристики оксидов туннельных толщин характеризуются механизмом проводимости, соответствующим эмиссии Фаулера-
Нордгейма при напряженности электрического поля в оксиде свыше 6.5 МВ/см.
Измерения электрофизических свойств оксида, полученного плазменным оксидированием кремния при одновременной подсветке поверхности лазером с длинной волны, соответствующей возбуждению связи Si-Si показали, что оксид обладает на два порядка меньшей плотностью поверхностных состояний, чем традиционные анодные оксиды, и оответствует лучшим термическим пленкам диоксида кремния.

Пиролитическое осаждение кремния из газовой фазы

В технологии интегральных схем применяются металлические и диэлектрические пленки, изготавливаемые различными методами. Однако, в связи с дальнейшей миниатюризацией СБИС и использованием различных полупроводников в качестве подложек необходимо разработать новые методы изготовления пленок с еще меньшей толщиной, плотностью дефектов и большей однородностью. Требуется также максимально увеличить число пластин, которые могут быть обработаны в единицу времени (для снижения стоимости продукции), учесть возможные отрицательные последствия химических реакций между пленкой и подложкой, разогрев пленки в процессе формирования, а также возможность повреждений при облучении.

Рассмотрим пиролитический метод формирования пленок (метод химического осаждения из газовой фазы). Метод химического осаждения из газовой фазы основан на использовании явления пиролиза или химических реакций при формировании пленок поликристаллического кремния или пленок различных изолирующих материалов.
На рис. 1 в разрезе показана установка формирования пленок методом химического осаждения из газовой фазы при нормальном давлении. На нагретом пьедестале (подставке) горизонтально располагаются пластины. Сверху поступает газ, в атмосфере которого протекают химические реакции.
Формирование пленки происходит при использовании химических реакций на поверхности пластины. Для обеспечения равномерности толщины пленки, газ равномерно подводится к поверхности пластин.
Температура по всей поверхности пластин должна поддерживаться одинаковой.
Поэтому установки необходимо снабжать устройствами для вращения подставки, а также использовать системы подачи газа в соответствии с выбранной формой пьедестала.

В качестве химически активного газа используют моносилан и кислород, а в качестве буферного газа - азот (обычно пьедестал и пластины соприкасаются и разогреваются). Внутри пьедестала имеется полость, предназначенная для предотвращения рассеяния тепла во внешнее пространство и обеспечения равномерности температуры на пьедестале, что приводит к улучшению равномерности по толщине пленки. Однако, поскольку пластины не плотно прилегают к пьедесталу, температура их поверхности неодинакова и воспроизводимость результатов ухудшается. Кроме того, по мере увеличения диаметра пластин их число в составе одной партии уменьшается, что препятствует организации их массового производства и является существенным недостатком данного метода.

Метод формирования пленок при нормальном давлении обладает и рядом достоинств, к числу которых относится большая, чем для других методов, скорость формирования пленок, отработка конструктивной части установки.
Данный метод может быть использован для формирования пленок при различных условиях. Установки сравнительно компактны и отличаются низкой стоимостью.
Все это дает основание надеяться, что описанный метод будет применятся и в дальнейшем при внесении некоторых усовершенствований.

Конструкция установки формирования пленок методом химического осаждения из газовой фазы при низком давлении показана на рис. 2. В последнее время главная роль отводится методу формирования пленок при низком давлении. Печь, в которой протекают химические реакции, аналогична диффузионной печи. Пластины в печи располагаются вертикально, расстояние между ними в горизонтальном направлении может быть выбрано равным нескольким миллиметрам. Результаты не зависят от диаметра пластин.

В одной обрабатываемой партии может быть 200 пластин. Длина свободного пробега при низком давлении (обычно 65,5 - 13,3 Па) для молекул химически активных газов в 1000 - 1500 раз больше, чем при нормальном (105 Па).
Вследствие высокой скорости диффузии химически активных газов распределение концентрации газов в печи равномерно. Кроме того, при таком способе разогрева пластин, как показано на рис. 2, температура на поверхности каждой пластины и между пластинами распределяется равномерно, а воспроизводимость результатов обработки весьма высокая.

Сочетание этого фактора с равномерностью распределения концентрации химически активных газов приводит к тому, что и при увеличении числа пластин в партии равномерность толщины пленки существенно повышается по сравнению с использованием метода химического осаждения из газовой фазы при нормальном давлении. Большое достоинство данного метода состоит также в том, что при наличии на пластине ступенек, молекулы химически активных газов обтекают эти неровности и пленка повторяет форму пластины.

Метод химического осаждения из газовой фазы при низком давлении широко применяется преимущественно для получения пленок поликристаллического кремния и нитридов кремния. При попытках использования этого метода для формирования других пленок возникает ряд проблем. Так, в случае формирования защитных пленок фосфорсиликатного стекла (применяющихся для защиты поверхности ИС) приходится считаться с зависимостью диаметра пластин от диаметра камеры, в которой производится обработка. Предпринимались попытки оптимизации этой зависимости с целью достижения наилучшей равномерности толщины пленок, но пока не удалось получить удовлетворительных результатов для практических применений. Например, для получения пленок, содержащих фосфор и мышьяк, в камеру наряду с моносиланом необходимо вводить в малых количествах такие газы, как фосфин и арсин, что приводит к существенному снижению скорости формирования пленок и ухудшению равномерности пленки по толщине.

Когда к равномерности распределения концентрации химически активных газов предъявляются жесткие требования, в конструкции установки, изображенной на рис. 2, необходимо существенно улучшить геометрию камеры, системы расположения пластин, а также усовершенствовать систему подачи газа. Поскольку в любом из вариантов метода осаждения из газовой фазы осуществляется пиролиз химически активных газов, формирование пленки должно проводится при довольно высокой температуре по сравнению с методом термического напыления. В частности , при формировании пленок поликристаллического кремния пластина должна быть разогрета до 600 - 650 С, а пленок нитрида кремния до 750 - 800 С. Таким образом, если нагрев пластин до указанных температур по каким-либо причинам нежелателен, то возникают определенные трудности. Так, методы осаждения из газовой фазы не могут быть использованы для формирования пленки Si3N4, обладающей практически идеальными свойствами для защиты нтегральных схем, поскольку не обеспечивают стабильность и хорошую воспроизводимость параметров.

Особенности получения тонких пленок

Под процессом окисления полупроводников понимают процесс их взаимодействия с окисляющими агентами: кислородом, водой, озоном и т.д.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: сочинение тарас бульбо, решебник по геометрии атанасян, сочинение.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата