Генерация ионов и радикалов

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга (РЭТЭМ)

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПЛЕНОК

Тематический реферат

по дисциплине «Физико-химические основы технологии радиоэлектронных средств»

Содержание

Введение. 3

1 Плазмохимическое осаждение. 3

2 Технология плазмохимического осаждения. 4

2.1 Генерация ионов и радикалов. 5

2.2 Адсорбция радикалов и ионов. 6

2.3 Перегруппировка адсорбированных атомов. 6

3 Схема установки. 7

4 Сравнение с другими методами. 9

Заключение. 11

Список использованных источников. 14

Введение

Защитные диэлектрические пленки играют важную роль в изготовлении полупроводниковых приборов и ИМС. Они используются для изготовления маскирующих покрытий, при проведении локальной диффузии донорной и акцепторной примесей, при формировании изолированных друг от друга активных и пассивных элементов микросхем, а также защиты р-п-переходов от внешних воздействий.

Поэтому к защитным диэлектрическим пленкам предъявляются особые требования — полная защита поверхности исходной подложки от проникновения через нее диффундирующих элементов (B, P, Sb, As и др.), химическая стойкость и стабильность во времени; однородность и без дефектность, высокое удельное сопротивление и электрическая прочность, высокая механическая прочность.

В качестве исходных материалов для изготовления защитных диэлектрических пленок могут быть использованы SiO, SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃, AlN, BN и др. Однако наиболее широкое распространение в технологии ИМС нашли только два вида материалов: диоксид кремния SiO₂ и нитрид кремния Si₃N₄.

Плазмохимическое осаждение

Одним из основных методов нанесения защитных пленок является плазмохимическое осаждение. Плазма тлеющего разряда на химически активных газах при низком давлении используется для создания целого ряда покрытий, применяемых в ИМС. Основное преимущество стимулированных плазмой реакций состоит в том, что они происходят при температурах, значительно меньших, чем в случае чисто химических реакций. Кроме того, плазмохимические реакции позволяют значительно увеличить скорость осаждения, а также получать пленки уникального состава.

Плазмохимическое осаждение позволяет формировать пленки при очень низкой температуре подложки. Это достигается за счет реакции между газами в тлеющем разряде, который обеспечивает основное количество энергии, необходимой для протекания реакции. Хотя температура электронов в разряде может достигать 10⁵ °C, температура образца сохраняется в пределах 100-400 °С. Большое число неорганических и органических соединений можно осаждать плазмохимическим методом, однако в технологии изготовления СБИС этот метод используют для осаждения только двух веществ: нитрида кремния (Si₃N₄) и двуокиси кремния. Нитрид кремния, получаемый плазмохимическим осаждением, служит как герметизирующий материал при пассивировании поверхности сформированных полупроводниковых приборов.

Применение его для пассивирующих покрытий обусловлено тем, что он превосходно защищает приборы от механических повреждений и практически непроницаем для молекул воды и ионов натрия. За счет низкой температуры осаждения (300-350 °С) плазмохимический нитрид кремний можно осаждать на поверхность уже полностью сформированных приборов. Помимо этого плазмохимические нитрид и окисел используются в качестве изолятора между различными слоями металлизации. Наиболее рационально применять их для этой цели в тех случаях, когда нижний уровень металлизации формируют из алюминия или золота.

Технология плазмохимического осаждения

Процесс разложения кремнийсодержащих соединений активизируется высокочастотным разрядом, образующим в газовой среде при пониженном давлении низкотемпературную кислородную плазму. Плазма состоит из атомов, радикалов, молекул в разных степенях возбуждения, а также электронов и ионов. Плазмохимическое осаждение обычно проводят при давлении в реакционной камере 66 - 660 Па и частоте высокочастотного разряда 13,56 - 40МГц.

При стимулировании процесса осаждения плазмой появляются новые параметры, влияющие на скорость осаждения пленки, её состав, плотность, показатель преломления, равномерность, внутренние напряжения и скорость травления. Кроме температуры, состава газовой смеси, её расхода, давления, геометрии реактора на скорость окисления влияют высокочастотная мощность, напряжение и частота, геометрия электродов и расстояние между ними.

Механизм образования пленок при плазмохимическом осаждении сводится к трем основным стадиям — генерации в разряде ионов и радикалов, адсорбции их на поверхности подложки, перегруппировке адсорбированных частиц на поверхности.

Генерация ионов и радикалов

В плазме газового разряда в результате неупругих соударений с атомами и молекулами возможны следующие процессы:

a) возбуждение атомов ē + А → А* + ē;

b) диссоциация ē + А₂ → 2А▪ + ē;

c) ионизация ē + А → А+ + 2ē;

d) присоединение электрона ē + А → А–;

e) ионизация с диссоциацией ē + А₂ → А+ + А▪ + 2ē;

f) рекомбинация с диссоциацией ē + А₂ + → 2А▪;

g) передача заряда А+ + В → А + В+,

где А и В — могут быть атомом или молекулой;

А₂ — молекула;

ē — электрон;

А* — возбужденный атом;

А▪ — свободный радикал;

А–, А+ — отрицательно и положительно заряженные ионы.

В условиях тлеющего разряда энергия электронов сравнительно низка, и скорость генерации радикалов намного превосходит скорость образования ионов.