Термическим разложением

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.

В стандартных МДП транзисторах в качестве диэлектрика затвора используется основной окисел, полученный' термическим окислением кремния. Однако этот диэлектрик проницаем для ионов щелочных металлов, вносимых во время технологической обработки пластин и являющихся источником нестабильностей и неконтролируемого временного дрейфа электрических параметров прибора, в частности порогового напряже-ния. Кроме того, двуокись кремния обладает сравнитель-. но невысокой диэлектрической проницаемостью (е~4)<, а ее толщина не превышает 1—2 мкм. Эти недостатки окисного диэлектрика послужили стимулом для; поиска новых диэлектрических материалов для затвора;. 21-844 32 li

Таким образом, с термическим окислением связаны трудно-контролируемые и неуправляемые явления, которые могут привести к внезапным или достеленным'отказам. Поэтому естественна тенденция использовать иные материалы и процессы для пассивации кремния, которые позволяли бы сохранить неизмененными параметры диффузионных областей.

Таким образом, с термическим окислением связаны трудно-контролируемые и неуправляемые явления, которые могут привести к внезапным или достеленным'отказам. Поэтому естественна тенденция использовать иные материалы и процессы для пассивации кремния, которые позволяли бы сохранить неизмененными параметры диффузионных областей.

Получение элементов интегральной схемы. Здесь роль триодов, диодов, резисторов, конденсаторов и других элементов выполняют отдельные области в полупроводнике,- имеющие такие же свойства и характеристики, как и указанные детали. Для интегральных схем используют в основном кремний. Диск диаметром примерно 25 и толщиной до 0,25 мм, разрезают на отдельные пластинки, которые шлифуют, полируют, обезжиривают, травят, промывают и высушивают. Основными процессами создания п- или р-области являются маскирование, травление, диффузия и эпитаксиалыюе выращивание. Ряд дополнительных процессов необходим для создания изолирующих прослоек между формируемыми областями. Маскирование кремния осуществляют термическим окислением его поверхности в атмосфере кислорода или водяного пара; при высокой температуре образуется слой двуокиси кремния толщиной в несколько десятков микрон. Такой слой в достаточной мере непроницаем для основных акцепторных и донорных примесей, вводимых диффузией. Затем фотохимическим методом на слое SiO2 образуют кислотоупорную маску. Путем травления плавиковой кислотой удаляют участки слоя SiO2, не защищенные маской, после чего маску растворяют. Через образованные «окна» осуществляется введение примесей в кремний. Диффузия легирующих примесей, в качестве которых используют в основном бор (акцептор) и фосфор (донор), производится из газовой фазы в потоке газа — носителя при температуре 1200 -W 1300° С; примеси относительно быстро диффундируют при этой - температуре через «окна» в слое двуокиси кремния и не пропускаются им на других участках. Применяют обычно двухступенчатый процесс диффузии: вначале легирующая примесь диффундирует йа небольшую глубину; высокая степень легирования обозначена символом-«+» ( 13.9). Кремниевая заготовка при температуре 1200° С подвергается окислению'в воздушной атмосфере, с целью образования нового защитного слоя SiO2. После этого осуществляется дополнительно диффузия ранее захваченной примеси под слоем SiO2 и происходит выравнивание ее концентрации. Наличие защитной пленки SiO2 позволяет проводить диффузию на втором этапе длительно без ухудшения состояния поверхности кремния. В дальнейшем,- чередуя эти процессы, получают тонкие p-n-p-переходы. Этим методом удается получить топкие диффузионные слои порядка 0,25 мкм и более.

Физические свойства пленок двуокиси кремния зависят от методов и режимов окисления, степени очистки поверхности пластин и толщины окисла. Так, плотность пленок составляет 2,00— 2,27 г/см3, причем при окислении в сухом кислороде она выше, чем при окислении в парах воды (2,23—2,27 г/см3 и 2,00—2,20 г/ом3 соответственно). Удельное сопротивление пленок, полученных анодированием, составляет 1012 Ом-см, а термическим окислением — 101в Ом-см; концентрации подвижных ионов примеси, создающих проводимость, соответственно равны 1018 и 1014 см~3. Диэлектрическая прочность колеблется в пределах 10е—ilQ7 lB/ом.- Диэлектрическая проницаемость изменяется от 3,78 до 10.

(При всех обычных параметрах технологических процессов производства и применяемых глубинах р-п-переходов полностью маскируют кремний и германий пленки двуокиси кремния толщиной ~0,5 мим для мышьяка, сурымы и бора и ~il,0 мкм для фосфора. Необходимо отметить, что пленки двуокиси кремния, полученные термическим окислением в разных средах, отличаются маскирующими свойствами. Так, пленки, выращенные в сухом кислороде, имеют более высокую плотность я лучше задерживают диффузан-ты, чем'выращенные в парах воды, хотя скорость роста их в парах воды значительно выше, чем в сухом кислороде.

3.18е). Травлением кремния создают каиавки глубиной 15— 20 мкм ( 3.18г). На поверхность со стороны канавок наносят слой двуокиси кремния путем лиролитичеокого разложения силана или непосредственным термическим окислением кремния толщиной порядка 1 IMIKM ( 3.18(3). На поверхности со стороны окисленных канавок выращивают поликристаллический слой кремния толщиной более 100 мкм ( 3.18е) С противоположной поверхности сошлифовывают или стравливают слой моиокристалличеюко-го кремния «-типа до окисного слоя. Таким образом, получают области кремния /г-типа со скрытыми слоями л+-типа, которые служат коллекторами, изолированными друг от друга пленкой.

дают высоколегированные области стока и истока глубиной порядка 2 .мим ( 3.190). Затем производят фотолитографию окон под тонкий окисел (под затвором) ;и тщательную очистку поверхности кремния ( ЗЛ9г). Термическим окислением в сухом кислороде создают окисел под будущим затвором толщиной порядка 0,1 мкм ( 3.19о). Затем производят фотолитографию — вскрытие окон под контакты и металлизацию алижигаием, аналогично металлизации при создании микросхем .на биполярных транзисторах ( 3.19е, ж, з),

Если вырезать подзатворную область МОП-транзистора, изображенного на 3.18, то получим структуру МОП-диода, показанную на 3.20. Рассмотрим этот МОП-диод. Изоляционным слоем в такой структуре обычно служит тонкий слой двуокиси кремния (Si02) толщиной 20—100 нм полученный термическим окислением кремниевой подложки. Материалом для металлического электрода берется алюминий (А1). На нижней поверхности подложки р-типа сформирован электрод, образующий омический контакт с подложкой. Для понимания работы МОП-транзистора важно знать, как изменяются электронные состояния на границе раздела Si—S1O2 при приложении напряжения к алюминиевому электроду.

Окисление кремния играет важнейшую роль в технологии производства ИС. В структурах МОП-транзисторов большое значение имеет получаемый термическим окислением подзатворный

3.4. Схемы реакторов для получения стержней поликристаллического кремния водородным восстановлением хлорсиланов и термическим разложением моносила-на с внутренним кварцевым колпаком (а) и металлическим водоох-лаждаемым корпусом (б): 1 — кремниевый пруток — основа; ! — внутренний кварцевый колпак; 3 — донные кварцевые экраны; 4 — металлический поддон; 5 — водоохлаждаемый токоподвод; 6 — патрубки для ввода ПГС; 7—патрубок для вывода ПГС; 8 — стартовый нагреватель (12'шт.); 9 —водоохлаждаемый металлический колпак; 10 — смотровое окно

Электролитическое железо получают путем электролиза сернокислого или хлористого железа, оно применяется в постоянных полях. Карбонильное железо получают термическим разложением пентакарбонила железа Fe(CO)B. Карбонильное железо получают в виде порошка, и его удобно использовать для изготовления сердечников для повышенных частот. Свойства упомянутых разновидностей технически чистого железа приведены в табл. 3.2.

Окись алюминия. На поверхности алюминия в естественных условиях всегда присутствует пленка А12О3 толщиной (5-i-15)10"3 мкм. Искусственно для целей микроэлектроники ее можно получить испарением в. вакууме, напылением алюминия в присутствии кислорода, катодным распылением, термическим разложением органических соединений алюминия, а также с помощью химических реакций в газовой фазе, плазменного распыления, анодирования в электролите или плазме газового разряда.

Алюмосиликатные и стеклянные плен-к и. Первые из них изготовляют совместным термическим разложением паров солей кремния и алюминия. Предварительная активация реагентов ультрафиолетовым облучением или нагреванием ускоряет процесс осаждения. Отмечено, что на подложках с золотым покрытием алюмосиликатные пленки можно получить толщиной не более 0,6 мкм, тогда как с алюминиевым — более 2 мкм. Это объясняется тем, что с алюминиевым покрытием они имеют химические связи, тогда как с золотом только адсорбционные.

Термическим разложением алкоголятов тантала были получены пленки Та2О6, у которых е = 16-f-26, tg6 = (2-^8) 10~3, ?пр = 5-Ю8 В/м.

2. Карбонильное железо получают термическим разложением пентакарбонила железа согласно уравнению

В пленочных ИС все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде пленок, проводящих и диэлектрических материалов. Различные компоненты выращиваются на поверхности полированной диэлектрической подложки. Тонкую пленку необходимого рисунка получают, осаждая через металлический трафарет соответствующий материал вакуумным или катодным распылением, термическим разложением и т. п. По тонкопленочной технологии могут быть изготовлены резисторы и конденсаторы. Существует два варианта этих ИС: тонкопленочные и толстопленочные. К первым относятся ИС с толщиной пленок 1 мкм и менее, ко вторым - с толщиной пленок свыше 1 мкм.

' Другие виды сырья. Кроме технического глинозема и белого электрокорунда для производства некоторых видов технической керамики применяют оксид алюминия, полученный термическим разложением некоторых солей алюминия, например азотнокислого (ГОСТ 3757—75), алюмоаммиачных квасцов (ГОСТ 4238—77) различной степени чистоты. Оксид алюминия, полученный при разложении солей, является высокодисперсным порошком •у-АЬОз (при прокаливании до 1200°С) и обладает большой химической активностью.

Оранжево-желтый порошок UO3 термодинамически стоек на воздухе до 600 °С. Плотность его от 7,15 до 8,34 г/см3. Триоксид урана получают окислением UO2 или UsOs при температуре около 500 °С, термическим разложением азотно-кислого уранила (уранил-нитрата) при температуре до 600 °С, прокаливанием гидрата перекиси урана UO4-2H2O. С кислотами она образует соли уранила, а со щелочами — соли урановой кислоты — диуранаты [например, Na2U2O7, (NH4)2U2O7 и др.], которые используются для осаждения урана из растворов.

Оранжево-желтый порошок UO3 термодинамически стоек на воздухе до 600 °С. Плотность его от 7,15 до 8,34 г/см3. Триоксид урана получают окислением UO2 или UsOs при температуре около 500 °С, термическим разложением азотно-кислого уранила (уранил-нитрата) при температуре до 600 °С, прокаливанием гидрата перекиси урана UO4-2H2O. С кислотами она образует соли уранила, а со щелочами — соли урановой кислоты — диуранаты [например, Na2U2O7, (NH4)2U2O7 и др.], которые используются для осаждения урана из растворов.

2. Получение кремниевых стержней термическим разложением силана......... 242;