Окисление поверхности

Прежде всего остановимся на получении оксида кремния непосредственным термическим окислением поверхности кристаллического кремния. Этот процесс применяют в ходе всего технологического цикла изготовления современных интегральных схем. Термическое окисление является сложным физико-химическим процессом и состоит из диффузии окислителя из газовой фазы к поверхности кремния, химической реакции окисления кремния с образованием пленки оксида, диффузии окислителя через образовавшийся слой оксида и химической реакции на границе раздела SiO2 — Si.

проводниковых ИМС. Почти всегда выращивание слоя окисла выполняется термическим окислением поверхности подложки. Кроме того, применяются методы пироли-тического разложения соединений кремния с осажде-"нием на подложку двуокиси кремния Si02, а также анодное оксидирование (анодирование) кремния.

Защитные покрытия с высокими электрическими и маскирующими характеристиками окислением поверхности можно получить только на кремнии или его карбиде. И в том, и в другом случае защитным является слой стеклообразного диоксида кремния, являющегося «собственным» для этих материалов. При окислении германия формируется собственный гексагональный диоксид, который из-за нестабильности при температуре выше 700 °С не может служить маской при локальной диф-

Декаль-метод, удобный для бескорпусных ИМС, заключается в прикреплении готовой полупроводниковой структуры к диэлектрической пластине-подложке с последующим локальным травлением и окислением поверхности меза-структур. Данным методом создается полная диэлектрическая изоляция элементов и обеспечиваются их высокие параметры.

76. Проволочки приваривают к контактным площадкам. 77. Правильно, в полупроводниковых ИМС и активные и пассивные элементы формируют в объеме кристалла. 78. Это только одна из причин. 79. Правильно. Пленку поучают окислением поверхности кристалла. 80. Найдите более точный ответ. 81. Правильно. 82. Пленка наносится с двух сторон одной и той же пластины. 83. Правильно, в атмосфере кислорода при повышенной температуре. 84. Правильно (см. 21.9, операции 6 и 7). 85. Конденсаторы

Другая особенность онионого слоя заключается в изменении его химического состава при изменении температуры. Указанное явление может быть связано с разложением фосфорного ангидрида на границе раздела между кремнием и окисным слоем. Поскольку процесс разложения /происходит одновременно с окислением поверхности кремния, скорость реакции должна несколько замедляться после образования на границе раздела тонкого слоя SiO2. Это соответствует той области диаграммы системы SiOj—P2Os, в которой SiOs не может находиться в растворенном состоянии. Присутствие слоя SiCb между фосфорсодержащим окисным слоем и кремнием особенно отчетливо проявляется в случае, когда разгонка осуществляется в кислороде, а не в атмосфере инертного газа. Если, например, разгонка производится при температуре выше 1100° С, то состав окисного слоя сохраняется постоянным, и окончательная формула имеет вид 8SiO2-P2O5—12SiO2-P2Os.

лучить необходимое (около 200 Ом/квадрат) сопротивление базового слоя. Диффузия примеси р-типа, при которой происходит образование базы и резистора, проводится при температуре 1100° С. Это обеспечивает замедление процесса, что в свою очередь позволяет с большей степенью точности контролировать глубину р-я-пе-рехода, которая должна составлять ~3 мкм. Эта величина не превышает 25% толщины эпитаксиального слоя, и длительность процесса составляет около 1 ч. Как и изолирующая диффузия, процесс формирования базы и резистора является двустадийным. Сечение и вид сверху подложки после окончания этого процесса показаны на 2.12, а и б. В зависимости от номинального значения сопротивления резистора его конфигурация может быть самой различной. Как видно из рисунка, в рассматриваемом случае резистор выполнен в виде меандра, расположенного в центре островка кремния n-типа. Этот этап технологического процесса заканчивается повторным окислением поверхности подложки.

диффузии в объеме сделаны две области с повышенной концентрацией положительных носителей—-дырой. Это области истока И и стока С с проводимостью р+. Знак « + » означает повышенную концентрацию носителей. Чем запас носителей больше, тем больше может быть плотность тока в канале и тем значительнее крутизна полевого транзистора. На поверхности п-лодложки (это левая вертикальная плоскость ва 2 1, а) создают специальным окислением поверхности кремния высококачественный слой кварцевого стекла SiO2. Толщина этого слоя около 1 мкм. Поверх слоя SiOj напыляется металл—алюминий. Если транзистор VT1 в схему не включен, его исток не связан со стоком электрически, так как между этими областями р+ находится n-кремний подложки.

Просветляющие покрытия в СЭ на основе AlGaAs-структур выполняются либо анодным окислением поверхности слоя Al^Gaj ^As, либо напылением тонких пленок Si3N4, ZnS, Та205.и др. При использовании просветляющего покрытия из Si3N4 (740 А.) потери на отражение составляют ~12 %. Двухслойное просветляющее покрытие, состоящее, например, из Та205 (530 А) и Si02 (760 А), позволяет снизить потери на отражение до ~4 % [73].

Точность измерения температур термопарами кроме неустранимых температурных шумов [19] ограничена рядом погрешностей, среди которых наибольшую роль играют погрешности, обусловленные процессами, протекающими в ветвях при повышенных температурах (диффузией примесей, изменением концентрации и движением дефектов, изменением состава ветвей, загрязнением, испарением, окислением поверхности или восстановлением, ростом зерен и т. д.), искажениями, вносимыми термопарами в температурное поле измеряемого объекта, и влиянием внешних электрических и магнитных полей (иногда давлением).

Современная планарная технология включает ряд последовательных этапов изготовления полупроводниковых ИМС: наращивание на поверхности кремниевой подложки эпитаксиального слоя, окисление поверхности кремния, фотолитографию, диффузию, осаждение тонких металлических пленок контактного слоя [12].

Все перечисленные элементы микросхемы получают в едином технологическом цикле в кристалле полупроводника. Изоляцию отдельных элементов осуществляют одним из двух способов: закрытым p-n-переходом или с помощью изоляционной пленки двуокиси кремния SiO2. На 2.7 показана последовательность получения изолированных областей я-кремния. Такой технологический процесс содержит ряд описанных ранее операций. Вначале на пластину исходного n-кремния методом фотолитографии наносят защитную маску и проводят избирательное травление исходного кристалла ( 2.7, а). Затем после смывания маски осуществляют окисление поверхности кристалла кремния, на котором образуется изоляционный слой ( 2.7, б).

Далее в два этапа происходит окисление поверхности германия: Ge + О-GeO + O-*GeO2

щая поверхность полупроводника от проникновения водяного пара, не являются полностью герметичными для кислорода. Под слоем лака может продолжаться окисление поверхности. Кроме того, лаки и компаунды в большинстве своем содержат полярные компоненты, способные повлиять на свойства поверхности полупроводника. При затвердевании эти покрытия могут приводить к появлению механических напряжений в приповерхностном слое, которые зависят от степени несоответствия коэффициентов термического расширения материала покрытия и полупроводника.

В естественных условиях поверхность полупроводника, в том числе кремния и германия, всегда покрыта слоем оксида, толщина которого может составлять десятки мономолекулярных слоев. Защитные свойства таких слоев невысоки, поэтому для их улучшения применяют искусственное окисление поверхности в различных окисляющих средах при повышенных температурах или путем анодного или плазменного окисления. Из полупроводников, широко применяемых в промышленности, химически стабильный «собственный» оксид имеет только кремний. Оксиды на поверхности германия, арсенида галлия и других полупроводников термически нестабильны и склонны к гидролизу. Поэтому остановимся подробнее на свойствах диоксида кремния и рассмотрим методы окисления поверхности кремниевых приборов.

Окисление поверхности пластины. Для защиты и маскирования поверхности кремния при операциях диффузии применяют окисление пластин в атмосфере кислорода или паров воды при температуре 1000... 1300° С. При этом создается диэлектрический слой двуокиси кремния толщиной ОД...1 мкм.

Наиболее технологичным методом получения пленок SiO2 является термическое окисление поверхности кремния. В качестве окисляющей среды используются сухой или увлажненный кислород либо пары воды. Температура рабочей зоны при окислении 1100— 1300 °С. Окисление проводится методом открытой трубы в потоке окислителя. В сухом кислороде выращивается наиболее совершенный по структуре окисный слой, но процесс окисления при этом проходит медленно (при Т = 1200 °С, толщина d слоя Si02 составляет 0,1 мкм).

Особенности технологии изготовления деталей корпусов обуславливаются необходимостью получения миниатюрных деталей с высокой точностью размеров и формы и обладающих специфическими свойствами. Например, при изготовлении металлических оснований для металлостеклянных корпусов методами холодной листовой штамповки, кроме традиционных операций, выполняют отжиг в водороде исходного материала для повышения пластичности, обезгаживания и удаления углерода из поверхностного слоя, а в качестве конечных операций выполняют окисление поверхности, без которого невозможно получение качественного спая коваровых деталей со стеклом. При изготовлении выводов прямоугольного сечения полимерных и керамических корпусов используют групповой метод, при котором все выводы для одного корпуса изготавливают одновременно в виде рамки с технологическими перемычками, фиксирующими взаимное положение выводов и облегчающими точность монтажа выводов в корпусе при его сборке корпуса. Технологические элементы рамки удаляются после сборки.

— электроэрозионная 104, 106 Образец-свидетель 18, 112 Окисление поверхности 12 Окраска изделия 140, 141 Оксидирование 134 Операционная карта 35 Операция 16

Электронно-дырочный переход, изолирующий отдельные элементы полупроводниковой интегральной микросхемы друг от друга, может быть создан различными способами, которых в настоящее время разработано более десятка. Рассмотрим самый распространенный из них — планарно-эпитаксиальный с разделительной диффузией (см. 7.3). Вначале на пластине кремния выращивают эпитаксиальный слой с электропроводностью типа, противоположного типу электропроводности объема полупроводника, т. е. создают эпитаксиальный р-п-нереход по всей площади пластины кремния. Затем проводят обычные этапы пленарной технологии: окисление поверхности эпитаксиальной пленки, нанесение фоторезиста, засветку его через маску — фотошаблон, вскрытие окон в диоксиде кремния, локальную диффузию акцепторов через весь эпитаксиальный слой до подложки с электропроводностью р-типа ( 7.3, а).

Химические методы получения слоев весьма многочисленны и разнообразны, но все их можно разделить на 4 большие группы: осаждение из газовой фазы, взаимодействие (окисление) поверхности с реагентом, осаждение из растворов (расплавов) и электролитическое осаждение, реакции в твердой фазе.