Наиболее распространены метод осаждения из парогазовых смесей при атмосферном и пониженном давлении и плазмохимическое осаждение из парогазовых смесей.
Требования к осаждаемым пленкам:
· толщина пленки должна быть однородной в каждом приборе и на всех подложках, обрабатываемых во время одного технологического процесса,
· структура и состав пленки должны быть полностью контролируемы и воспроизводимы,
· метод осаждения должен быть безопасен, полностью воспроизводим, должен обеспечивать возможность автоматизации и быть дешевым.
Существует четыре основных типа реакторов, используемых для процессов осаждения.
Реактор с горячими стенками
Реактор с горячими стенками работает при пониженном давлении и используется для осаждения поликремния, двуокиси кремния и нитрида кремния. Основные преимущества реакторов этого типа - превосходная однородность пленок по толщине, большой объем загрузки и способность обрабатывать подложки большого диаметра.
К недостаткам относятся низкая скорость осаждения и частое использование ядовитых, легковоспламеняющихся или способствующих развитию коррозии газов.
Реактор с непрерывной загрузкой
Реактор с непрерывной загрузкой работает при атмосферном давлении. Такой реактор используется для осаждения двуокиси кремния. Достоинствами реактора с непрерывной загрузкой являются высокая пропускная способность, хорошая однородность пленок и возможность обрабатывать подложки большого диаметра. К недостаткам относятся большой расход газов и необходимость частой очистки реактора.
Плазмохимический реактор с радиальным распределением газового потока
Такие реакторы используются для плазмохимического осаждения двуокиси или нитрида кремния.
Главное достоинство - низкая температура осаждения. Недостатки следующие: емкость реактора ограничена, в частности в него нельзя помещать подложки большого диаметра; подложки должны загружаться и разгружаться вручную; возможно загрязнение подложек падающим сверху рыхлым осадком с ненагретых частей камеры.
Плазмохимический реактор с горячими стенками
Достоинства подобных реакторов заключаются в их большой емкости и низкой температуре осаждения.
Однако при установке набора электродов в реакторе возможно образование отдельных частиц, которые в виде пылинок попадают на поверхность подложек. Кроме того, загрузка и выгрузка подложек в таких реакторах должна проводиться вручную.
Пленки SiO2 в микроэлектронной промышленности получают путем окисления кремния различными способами:
Значительным достижением в совершенствовании технологии окисления кремния явилось добавление в окислительную среду в процессе окисления хлорсодержащих компонентов. Главная роль хлора в пленках двуокиси кремния (обычно с концентрацией хлора 1016- 1020 см-3) заключается в превращении случайно проникших в SiO2 примесных ионов натрия или калия в электрически неактивные. В реакторах атмосферного давления подбирают соответствующие температурно-временные условия, однако необходимо учитывать, что для пассивирования ионов натрия хлором, вводимым в пленку в процессе окисления, требуются достаточно высокие температуры окисления.
Для получения высокооднородных пленок SiO2 с воспроизводимыми свойствами используют также реакторы пониженного давления. Окисление в них позволяет синтезировать тонкие слои SiO2 с точностью до нескольких ангстрем. Окислы гомогенны, аналогичны окислам, полученным в реакторах атмосферного давления.
Еще одним способом, используемым для производства тонких пленок SiO2, является их получение во влажной атмосфере, но при пониженной температуре (T = 750оС) и атмосферном давлении (P = 1 МПа).
Толстые окисные пленки получают, как правило, во влажной атмосфере при повышенном давлении. По своим свойствам они более пористые, имеют меньшие значения напряженности пробоя.
Основными контролируемыми параметрами пленок являются: коэффициент преломления, химический состав пленки, пористость, плотность, скорость травления, напряженность поля пробоя.
Основным процессом пассивации поверхности кремниевых пластин служит термическое окисление. При снижении температуры окислительных обработок с 1400 до 900-1100 К отсутствует неконтролируемая термодиффузия примесей и другие побочные эффекты, стимулируемые высокой температурой. В связи с этим разработаны процессы плазменного анодирования и окисления кремния.
Процессы плазменного окисления полупроводников заключается в формировании на их поверхности оксидных слоев при помещении подложек-образцов в кислородную плазму. Образцы могут быть изолированными (плазменное оксидирование) или находиться под положительным относительно плазмы потенциалом (плазменное анодирование).
Плазменные оксиды кремния независимо от способа получения представляют собой стехиометрический диоксид кремния SiO2. Их структура является аморфной, а свойства приближаются к параметрам пленок SiO2, полученных методом термического окисления кремния. Плазменные оксиды, будучи сформированными при существенно более низких температурах, не обладают дефектами упаковки, не создают механических напряжений на границах раздела оксид - подложка и в ряде случаев имеют более совершенную структуру границы.
Термические пленки SiO2, сформированные при больших скоростях окисления, содержат кластеры кремния размером 2-3 нм. В то же время плазменные оксиды, сформированные даже при более высоких скоростях, не имеют подобных дефектов на границе раздела Si - SiO2 и в них не наблюдается эффект перераспределения примеси при окислении.