Экспериментальное получение оксидных слоев
Выбор режимов окисления определяется спецификой последующего функционирования слоев оксида. Относительно тонкие пленки и слои, для которых важно получение минимального заряда на границе раздела SiО2-Si, обычно выращиваются в сухом кислороде. При Формировании толстых оксидных пленок (> 0,5 мкм) используется окисление во влажном кислороде. Пленки, полученные в атмосфере сухого кислорода, отличаются более высокой стабильностью свойств, и поэтому именно такие слои используются в наиболее ответственных случаях, например, в качестве диэлектрика в приборах со структурой металл-диэлектрик-полупроводник. Главным недостатком окисления в сухом кислороде является малая скорость окисления, вследствие чего затруднено получение слоев значительной толщины, необходимых при осуществлении процессов локальной диффузии и для защиты поверхности приборов. Значительную толщину оксидного слоя можно получить проведением процесса в увлажненном кислороде (или парах воды), однако получающиеся в таких условиях слои пористые и по маскирующим свойствам уступают пленкам, полученным в атмосфере сухого кислорода. Наилучший эффект достигается в результате окисления по комбинированной схеме: окисление в сухом кислороде до толщины порядка 0,1 мкм, затем окисление во влажном кислороде до требуемой толщины и повторное окисление в сухом кислороде. Во время последней стадии толщина оксида изменяется мало, скорее осуществляется термообработка в атмосфере сухого кислорода, способствующая значительному улучшению всех электрических свойств оксидного слоя. В результате первой стадии окисления на поверхности кремния формируется плотный, совершенный по структуре слой оксида. Это благоприятно сказывается на свойствах тех слоев оксида, которые растут затем в атмосфере влажного кислорода. Схема лабораторной установки приведена на рис.3.3.
Рис. 3.3. Схема установки для термического окисления кремния Процесс осуществляется в однозонной печи 1. Выбор температуры окисления для получения слоев оксида кремния должен обеспечивать ряд заданных свойств и толщину пленки, кроме того, он определяется и удобством реализации процесса. Температуры выше 1250–1300°C используются редко, так как при Т > 1300оС начинается перекристаллизация кварца, являющегося основным конструктивным материалом для кассет и труб, в которых проводится окисление. Типичные температуры окисления лежат в интервале 800–1200оC и поддерживаются в процессе окисления с точностью ± 1оС. В стандартном технологическом процессе пластины кремния 2 перед окислением подвергают очистке, сушке, размещают в кассете 3 и автоматически вдвигают в печь, нагревают до 800–900оC, после чего температуру постепенно повышают. Это необходимо для исключения коробления пластин. При окислении необходимо предотвратить попадание пылевидных частиц в рабочую зону печи. Образование пыли возможно при трении кассеты 3 о трубу 4, изолирующую рабочий объем от внешней атмосферы. Поэтому в современных конструкциях лодочка вводится в трубу, не соприкасаясь с ее стенками, и лишь потом опускается на поверхность трубы. Осушенный кислород подводится по специальной магистрали 5 в таком количестве, чтобы скорость истечения газа из открытого конца трубы составляла несколько единиц или десятков см/с. Такая скорость достаточна для предотвращения неконтролируемого натекания нежелательных газов из атмосферы. Требуемое давление паров воды создается пусканием части потока кислорода через барботер с деионизованной водой 6, расположенный на нагревателе 7. Температура воды контролируется термометром 8. Краны 9 позволяют подавать в рабочую зону пары воды, кислорода или их смесь. Расходы газов измеряются с помощью ротаметров 10. Контроль влажности поступающего кислорода может осуществляться прибором для измерения точки росы 11. Для измерения температуры в зоне пластин используется термопара 12. На производстве состав газовой смеси, температура и время окисления, скорость введения и извлечения подложек и др. регулируются автоматически в соответствии с программой микропроцессора. ЗАДАНИЕ 1. Ознакомиться с конструкцией установки для термического окисления кремния, установить указанные преподавателем Teмnepaтуру печи, состав атмосферы и расходы газов. Провести расчет времени окисления для получения заданной толщины оксида. Для оценок толщины оксида при окислении в атмосфере сухого кислорода или паров воды при атмосферном давлении можно пользоваться графиками рис. 3.2 или формулами 3.14, 3.15. 2. Загрузить подготовленные (протравленные) пластины кремния в специальной кассете в печь. Провести процесс окисления. По окончании выдвинуть кассету из печи и охладить. 3. Определить толщину образовавшегося оксида, пользуясь таблицей цветов (или интерферометром). Сравнить с расчетными данными. 4. Провести расчеты и ответить на вопросы (пп. 1–8), предложенные преподавателем. Вопросы к зачету 1. Покажите, что уравнение хо2 + Ахо = В (t+τ) упрощается до хо2 = Bt при большом времени окисления и до хо2 = В/А (t+τ) при малом времени окисления. 2. Рассчитайте время окисления в сухом кислороде, парах воды при Т = 1000 0С для толщины SiО2 заданной преподавателем. Сравните полученные результаты. 3. Постройте кривые зависимости толщины окисла от времени окисления в сухом и влажном кислороде при 1000 0С, пользуясь таблицами, приведенными в дополнительном описании и предполагая τ = 0. 4. Пользуясь данными плотности и молекулярного веса Si и SiО2 , покажите, что на формирование слоя SiО2 толщиной d расходуется слой Si толщиной 0,45d. Плотность SiО2 составляет 2,27 г/см3 , а плотность кремния – 2,33 г/см3. 5. Какие потоки собственных точечных дефектов возможны на границе Si-SiО2? Чем они обусловлены? 6. Какие условия необходимы для того, чтобы при окислении свести к минимуму вероятность: а) образования окислительных дефектов упаковки, б) инверсию типа проводимости поверхности подложки Si? 7. Каковы особенности слоев SiО2, полученных в атмосфере паров воды и сухом кислороде? 8. Какие факторы необходимо учитывать при выборе режимов окисления кремния? ЛИТЕРАТУРА 1. Технология СБИС / Под ред. Зи С. М.: Мир, 1986, т.1. С.174–226. 2. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов. М.: Высш. шк., 1979. 367 с. 3. Колобов Н.А., Самохвалов М.М. Диффузия и окисление полупроводников М.: Металлургия, 1975. 456 с.
Лабораторная работа № 4 Фотошаблоны и последовательность изготовления структур биполярных ИС Цели работы · Изучение конструкции биполярного транзистора ИС и технологической последовательности его изготовления. · Ознакомление с комплектом фотошаблонов и их структурой, топологией рабочих и тестовых модулей, меток совмещения. · Ознакомление с реальными конструкциями элементов биполярной ИС, технологическими рисунками отдельных слоев, конструкцией ее элементов и их размерами. · Восстановление принципиальной электрической схемы ИС или ее фрагмента. Интегральная микросхема (ИС) – это конструктивно законченное микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования информации. Основным типом современных ИС являются монолитные ИС, изготовляемые на основе монокристаллического кремния. Со схемотехнической точки зрения монолитная ИС представляет собой совокупность связанных системой проводников отдельных элементов (транзисторов, резисторов и т.п.), которые тем или иным способом изолированы от подложки. По типу используемых основных активных элементов полупроводниковые микросхемы подразделяют на биполярные и полевые (на МДП-транзисторах). Выпускаются также комбинированные биполярно-полевые полупроводниковые микросхемы. В конструктивно-технологическом отношении каждый из элементов состоит из ряда областей полупроводника, различающихся по электрофизическим свойствам (типу и концентрации примесей), системы проводников и изолирующих слоев.
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (259)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |