Термическое разложение

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.

Термическое окисление кремния

Термическое окисление кремния . . 60 Введение легирующих примесей в

Термическое окисление (нанесение оксида или Толщина слоя Визуальный, эл-липсометрический МикросйКмвД МБС-1, МБС-2, цветовая таблица; Цех- 100%, ОТК -5% Отклонения от норм, заданных в ТД

1. Термическое окисление.

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).

2.5. ТЕРМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ И СВОЙСТВА ПЛЕНКИ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ

Термическое (высокотемпературное) окисление позволяет получить на поверхности кремниевых пластин пленку диоксида кремния, что широко используется для создания масок при легировании (см. 2.3, 2.7), формировании подзатворного диэлектрика в МДП-транзисто-рах, а также изолирующих слоев между элементами. Применение пленки SiO2 в качестве маски при диффузии примесей основано на том, что коэффициент диффузии ряда примесей (Р, В, As, Sb и др.) в ней значительно меньше, чем в кремнии. При ионном легировании маскирующее свойство слоя SiO2 основано на том, что длина пробега ионов меньше толщины слоя.

2.5. Термическое окисление и свойства пленки диоксида кремния . . 23

р-типа с помощью фотолитографии проводят селективную диффузию, образующую скрытые коллекторные слои ( 1.5). Затем со всей поверхности кристалла удаляют SiO2, проводят эпитаксиальное выращивание высокоомного кремния р-типа и пластину вновь окисляют. После этого с тех участков кристалла, в которых будут сформированы активные области транзисторов (коллекторная, базовая, эмиттерная), и с омических контактов удаляют SiO2 и покрывают их слоем нитрида кремния Si3N4, который служит маской, предотвращающей термическое окисление указанных областей во время проведения операции изоляции (Si3Ni остается инертным в процессе окисления, поэтому позволяет осуществлять локализованное окисление). Следующий процесс связан с созданием изолирующей диэлектрической пленки, которая получается путем термического окисления, проводимым- на глубину залегания скрытого коллекторного слоя ( 1.5). Это окисление носит селективный характер (участки кристалла под нитридом не окисляются). Термически выращенный толстый слой SiO2 и является изолирующим диэлектрическим слоем. Последующие процессы формирования элементов при изопланарном методе проводятся в той же последовательности, что и при изоляции р-и-переходом.

Рассмотрим несколько подробнее оба названных способа создания маскирующих слоев: термическое окисление и химическое осаждение из газовой фазы.

Другие способы разложения воды мало эффективны. Собственно термическое разложение происходит при достаточно высокотемпературном нагреве и повышенном давлении, однако даже при Г«3000 К и />stl06 Па оно обеспечивает разложение не более 20% от исходного количества воды. Фотокаталитическое разложение (ряд окислительно-восстановительных реакций под действием света) имеет КПД только порядка 10%. Раоиолиз, основанный на облучении водных растворов тяжелыми частицами, обусловливает КПД всего около 1%.

хо выполненными соединениями обмоток или обмоток и кабелей, идущих к выключателю, а также в других местах. В сухих трансформаторах участки с плохим контактом между токоведущими элементами (провода, стержни, шины) начинают дымить и могут вызвать обугливание изоляции обмоток и ее воспламенение. В масляных трансформаторах вокруг мест с большими переходными сопротивлениями начинается термическое разложение масла на газообразные части. На это обычно реагирует газовое реле, работа которого описана ниже. В трансформаторах без газового реле и других сигнальных и защитных устройств разложение масла приводит к тяжелым авариям.

Внутренние разряды (перекрытия) с образованием электрической дуги в масле. Перекрытия могут возникать между обмотками высшего и низшего напряжения, между обмоткой высшего напряжения и стенкой бака трансформатора, а также по поверхностям фарфоровых изоляторов. Они образуются вследствие снижения электрической прочности масла при его увлажнении и загрязнении либо вследствие возникновения перенапряжений, вызываемых атмосферным электричеством или коммутационными процессами в системе нескольких включенных трансформаторов. В загрязненном и увлажненном масле, как правило, происходит длительный искровой разряд, который может перейти в дугу, вызывающую термическое разложение масла и даже его воспламенение. При перенапряжениях искровые разряды образуются даже в чистом масле.

В практике распространены два метода создания кремниевого эпитаксиального слоя: восстановление кремния из его тетрахлорида водородом и термическое разложение соединений кремния (пиролиз).

Термическое разложение моносилана проводят при 1000°С в реакторах, конструкция которых принципиально не отличается от конструкции используемых при водородном восстановлении трихлорсилана (см. 3.6). Образующийся в ходе реакции [см. уравнение

Термическое разложение силона nputOOO'C

Кислород в монокристаллическом германии, даже в максимальных концентрациях (около 2-1018 атом/см3), не оказывает заметного влияния на электрические свойства. Однако для некоторых приборов, например для счетчиков ядерных излучений, требуется монокристаллический германий с концентрацией кислорода не выше ЫО14 атом/см3. Такой материал не может быть получен обычным способом— водородным восстановлением оксида германия (IV), после которого концентрация кислорода в германии составляет около 1-Ю18 атом/см3. Для этого применяют термическое разложение моногермана, проводимое при 280 °С:

Распространенным методом осаждения двуокиси кремния в технологии ИМС является термическое разложение тетраэтоксисилана по реакции 4. Разложение проводится при температуре 700—750°С. Скорость роста при различных температурах процесса показана на 16-16.

обжигом удается обеспечить частичное или полное образование феррита и устранить сильную усадку и деформацию при окончательном обжиге. Весьма важным является приготовление шихты перед первым обжигом. В основном используется для этой цели три метода — смешивание окислов, термическое разложение -и осаждение солей и гидроокисей. Последние два метода позволяют получать однородные смеси, которые не нуждаются в тонком помоле, и создавать материалы со строго заданными свойствами; однако они сложнее и требуют переработки большего количества сырья. •

Термическое разложение N2(1)4 включает две обратимые реакции:

Бимолекулярная реакция. Боденштейн и Рамштеттер [46] исследовали термическое разложение NO2 манометрическим методом в диапазоне температур 592 — 656 °К и давлений NO2 10 — 40 мм рт. ст. По их данным, термическая диссоциация двуокиси азота в изученной области — гомогенная бимолекулярная реакция