Va yarimotkazgichli asboblar texnologiyasi
Download 94.09 Kb. Pdf ko'rish
|
|
5 (C 2 -C 4 )=A :54 yoki (111.83) 5 C 4 ifodani topamiz. Fy=F$ shartdan: d £ i z C± = kCA yoki (Ш.84) Xq D С 4 Bu ifodalarni hadma-had qo‘shib, С 4 ni C /ga ( C[=aC 2 ) bog^iqligini topamiz: KX, к _ H----- hi — D 5 c . c. (111.85) C, к кхп + — + — - 8 D , к кхп 1 + —+ — 5- 5 D (III. 86 ) /4 oqim ifodasiga C 4 qiymatni qo‘yib, oksidlovchining yig‘indi oqimini aniqlaymiz: - • c , F = ^ - = t , r C ,. (HI. 87) к кхп 1 + — + — - 5 £> Bu yerda kcf — oksidlanish jarayoni tezligining effektiv doimiysi. 252 Agar oksidni birlik V hajmda hosil bo‘lishida oksidlanish reaksiyasi natijasida TVta oksidlovchi zarracha o4gan boisa, unda oksid qatlamning o‘sish tezligi quyidagi tenglama bilan ifodalanadi: dt N FV - kefC y , ~ c , v a dx„ _ dt l + k + b ^ 8 D - C , V D --- 1 ---- к S D + xn Belgilashlar kiritamiz: A = 2 k + 8 ; D v a B = 2 - C , V D , а unda dx„ В dt A + 2ха Bu tenglamaning ikkiaia tomonini integrallab, olamiz: j(A + 2x 0 )dx= | Bdt yoki x„ + Ax,. - Bt = 0 ifodaga ega bo'lamiz. Bu kvadrat tenglamani yechib, vaqt funksiyasida oksid uchun ushbu ifodani olamiz: A A I 4Bt xn = — + — , ! + - 2 2 A 1 yoki (III. 88 ) (III. 89) (III. 90) (III. 91) (III. 92) (III. 93) qalinligi (III. 94) (III. 95) 253 Kremniyning termik oksidlanish jarayonini ikkita chegaraviy hollar uchun ko‘ramiz. Oksidlanish jarayoni vaqti katta bo'lganda, ya'ni, t<2 /(4B), bo‘lganda, f 2x. л2 \ A J ABt (III.96) ifodani olamiz. Shunday qilib, bu chegaraviy hoi uchun oksidlanish III. 38-rasm. Kremniy II-oksid parda termik jarayonining parabolik qalinligining kremniyning oksidla- qonuniga ega bo‘ldik. Bu yerda В nish jarayonini o'tkazish vaqtiga koeffitsient oksidlanish tezligi bog liqligi. doimiysi sifatida ko‘riladi. Boshqa chegaraviy oksidlanish vaqti kichik bo‘lganda, ya'ni l « A 2 /(4B) shartda holda, 4 Bt В x- = l ‘ (III. 97) ifodani olamiz. Oksid qatlamning termik oksidlanishi jarayoning o‘tkazish vaqtiga bogcliqligi ikki chegaraviy hoi uchun III.38-rasmda ko‘rsatilgan. 15.3. Suv bug‘ida kremniyni termik oksidlash Kremniy sirtida yuqori tozalikdagi (10-20 MOm-sm tartibda) himoyaviy dielektr parda olish uchun suv bug‘ida termik oksidlanishdan fodalaniladi. Bug‘ miqdori reaksiya tezligini chegaralamaganda, suv bug‘i bilan kremniyning yuqori temperaturadagi reaksiyalaridan foydalaniladi. Suv bugiari parsial bosimini ushlab turish uchun kremniy plastinkalar sirtida suvni qizdirib turish kerak (III.39-rasm). Oksid pardaning tuzilmali shakllanishi kremniy sirtiga oksid qatlam orqali suvning diffuzion ko'chishi hisobiga boiadi. Oksid pardaning tuzilmali shakllanishiga oksidlanish reaksiya jarayoni natijasida vodorodning 254 paydo bo‘lishi va uning plastinka ichki tomon diffuziyasi ta'sir ko‘rsatadi. Chunki, vodorodning 1050°C temperaturada diffuziya koeffitsienti 2 * 10-6 sm2/s bo‘lib, suvning shu temperaturada diffuziya koeffitsientidan ( 9 - 10 “ 10 sm 2 /s) ancha yuqori, unda kremniy-oksid chegara qismida gidrooksillarning paydo bo‘li- shi faqat suv molekulalari mavjudligigina emas, vodorod ning ham bo‘lishli bilan tushun- tiriladi. Oksidlanish jarayoni 1100°C dan yuqori temperaturalarda oksid qatlam hosil bo‘lishi parabolik qonun bo‘yicha, ya'ni x 2 =Bt qonuniga mos keladi. 1100°C dan past tempera turalarda jarayon quyidagi qonuniyat ko‘rinishida kechadi: (III. 98) T oza suv III.39-rasm. Suv bug‘ida kremniyni oksidlash uchun qurilma sxem asi: /-termometr; 2-qarshilik pechkasi; 3-termopara x 2 + b < X - b J . peraturalarda o ‘stirilgan S i 0 2 parda qalin- ligining vaqtga b og'liqligi. 1-600°C; 2-700°C; 3-800°C; 4-900°C; 5-1000°C; 6-1100°C; 7-1200°C; 8-1300°C; 9-1400°C. Oksidlanish temperaturasi qancha kichik bo‘lsa, oksid qat lam hosil bo‘lish qonuni chizi- qiylikka yaqin boiadi. Oksid qatlam chiziqiy o‘sishini 500-800°C temperaturalarda yuqori bosim (2,5T0 5 -4,0T0 7 Pa) ostida suv bug‘ida olish mumkin. Suv bug‘i muhitida turli temperaturalarda oksid parda qalinligi o'zgarishining jarayonni o‘tkazish vaqtiga bog‘liqligi III.40-rasmda ko‘rsatilgan. Albatta, oksid qatlamning o‘sish tezligi taglikning yo‘nalishiga, elektr o4kazuvchanlikning turiga va namuna taglikda kirishmalar konsentrat- siyasiga ham bog‘liq. 255 15.4. Quruq kislorodda kremniyni termik oksidlash Quruq kislorodda yuqori temperaturali oksidlash usuli kremniyni oksidlash usullaridan keng tarqalgani boiib, u yuqori sifatli niqob xossasiga va kremniy-oksid chegara qismida bogiangan zaryadlarning kichik zichlikdan, ya'ni Ю 10 sm -2 dan kam olishni ta'minlaydi. Atmosfera bosimida oksidlash jarayonining temperaturasi 850°- 1200°C oralig'ida boiadi. Oksidlashni ancha past temperaturalarda ham olib borish mumkin. Biroq, bu holda oksid o^sishi sust boiadi. Past temperaturalarda kislorod bosimini oshirish oksidlanish jarayonini tezlashtirish imkonini beradi. Kislorodda kremniyni termik oksidlash uchun qurilma sxemasi III.41-rasmda ko'rsatilgan. Qurilma kirishma diffuziyasi jarayonini o ‘tkazish uchun qoilaniladigan qarshilik pechkasi 5 dan iborat. Ishchi zonada temperatura 900-1200°C oraligida o'zgartirilishi mumkin. Biroq, temperatura aniqligi ±1°C sathda ushlab turiladi. Pechkaning ishchi kanaliga reaktor 4 joylashtiriladi. Ushlagich 3 ga plastinkalar o‘rnatilgan- dan so‘ng reaktorga joylashtiriladi. Reaktor tashqi reaksion muhitdan ajratilishi uchun shlif bilan ta'm inlangan. Reaktor kirishi kislorodni beruvchi sistemaga ulangan, unga kislorod manbayi (odatda bug‘- lantirgich bilan ta ’minlangan suyuq kislorodli Dyuar idish), quritgich 1 va filtr 2 kiradi. Uzatuvchi magistralga jo ‘mrak ulangan b o iib kislorod sarfini boshqaradi va rotometr uning sarfini oichash uchun ulangan. Gaz oqimi tezligi soatiga bir necha o ‘n litrni tashkil qiladi. Kislorodda kremniyning termik oksidlanishi natijasida parda hosil boiishi quyidagi reaksiya bo'yicha ifodalanadi: Si + 0 2 - > S i 0 2 (III. 99) Kremniyning oksidga o iish jarayoni uning tuzilmasi va Si — Si 02 o ‘tish sohasi tuzilmasini aniqlaydi. Kremniy bilan kislorodning o‘zaro kimyoviy ta'siri oksid-kremniy sirt qismida oksid sirtida, oksid ichida boiishi mumkin. Oksid o‘sishi tezligining temperatura- 111.41 -rasm. Quruq kislorodda oksidlanish uchun qurilma sxe masi. 1-quritgich; 2 -filtr; 3-plastinka ushlagich; 4-kvars reaktor; 5- qarshilik pechkasi. 256 ga va parda qalinligiga bog^iqligini turli bosqichlarda nazorat qilish mumkin. Oksidlanish tezligi past temperaturalarda, asosan kremniy-oksid chegara qismidagi kimyoviy reaksiya kinetikasi bilan aniqlanadi. Yarimo‘tkazgichli asboblar va IMS lar ishlab chiqarishda kremniyni oksidlashning ikki va uch bosqichli usullaridan keng foydalaniladi. Bu usullar yuqorida ko‘rilgan usullarning umumlashgan ko‘rinishidir. Bunda oksidlovchi sifatida quruq kislorod, nam kislorod yoki suv bug‘i va yana quruq kisloroddan ketma-ket foydalanishga asoslangan. Bunday texnologik jarayonda hosil bo‘lgan kremniy oksidning himoyaviy dielektr pardasi quruq kislorod muhiti bilan tartibli parda hosil qiladi, lekin o ‘sish tezligi kichik, nam kislorod va suv bug‘ida o‘sgan parda tuzilishi uncha takomilashmagan boiadi, lekin o‘sish tezligi ancha yuqori. Termik o‘stirilgan pardalarning chegara qalinligi 1-1,5 mkm dan oshmaydi. Planar texnologiyada amaliy maqsadlar uchun oksidli himoya pardalarning qalinligi 0,2-0 ,8 mkm ni tashkil qilishi kerak. Undan oshsa, talab darajasidagi mikrotasvir o ‘lchamini olish qiyin bo‘ladi, kamaysa pardada teshiklar va yoriqlar bo‘lishi ehtimolligi oshadi. 15.5. Kremniy oksid pardalarini pirolitik o‘tqazish Kremniy oksidlarini ancha sodda texnologik usul bilan kremniysiz tagliklarda kremniyning turli organik birikmalarini pirolitik parchalanishidan olish mumkin. Shunday qilib, bu usul kremniy oksid pardani har qanday materillardan tayyorlangan materialga o‘tqazish mumkinligini ko‘rsatadi. Bu usulning zaruriy afzalligi jarayon ancha past temperaturalarda o'tkaziladi. Ushbu usulning ikki xilini ko‘rib chiqamiz: 1. Tetraeksisilanning termik parchaianishi. Bu jarayonda reaksiya mahsulotlari t o ^ r id a n - to ^ r i taglik sirtiga yoki alohida kameraga beriladi. Tetraetoksisilan Si(OC 2 H 5)4 parchalanish reaksiyasi 700-750°C temperaturalarda ro‘y beradi. Reaksiya natijasida kremniy IV oksidi, kremniy oksidi, uglerod oksidi va gaz ko‘rinishidagi organik radikallar ajralib chiqadi. Bu reaksiyada kislorod manbayi bo‘lib tetraetoksisilan o‘zi xizmat qiladi. 111.42-rasmda parda qalinligining jarayonni o‘tkazish vaqtiga bog'liqligi ko 4 rsatilgan. Agar tetroetosisilanning parchaianishi taglik bilan bitta kamerada o'tkazilsa, unda taglik temperaturasi piroliz temperaturasi bilan bir xil 257 boiadi. Agar parchalanish reak siyasi bir kamerada, taglik boshqa kamerada boisa, unda taglik temperaturasi piroliz tem- peraturasiga nisbatan ancha kam boiadi. 2. Silanning kislorod bilan oksidlanishi. Yarimo‘tkazgichlar texnologiyasida monosilanni kislorod bilan oksidlash afzal usulardan biri boiib, u kremniy oksid pardani Am By va Au Byi turidagi birikmalarning stexiometrik tarkibiga ta'sir qilmagan holda oikazish imkonini beradi. Kremniy IV oksid hosil boiishida reaksiya o£tishi uchun tashqi qizdirishning zarurati yo‘q, biroq yuqori sifatli kremniy oksidi pardasini olish uchun jarayon 150° — 300°C da olib boriladi: SiH 4 (gaz) + 20 2 (gaz)-^Si 0 2 (qat)-f 2 H 20 (gaz). (III. 100) Bu jarayonlarni o‘tkazish uchun boshlangich moddalar b o iib monosilan SiH 4 , argon yoki azot (gaz-tashuvchi) va kislorod aralashmasidan foydalaniladi. Kuchli inert gaz bilan aralashtiririlgan silan( 3-10 %) bilan keng oraliq temperaturada kremniy IV oksidning o lirish tezligi (10-50 nm /min) ga erishish mumkin. Kisloroddan tashqari oksidlovchi sifatida kislorodi mavjud birikmalar N 2 O, CO 2 , H 2 O lardan foydalanish ham mumkin. Yuqoridagi usulda olingan SiCb parda plastinka sirti bo‘ylab qalinligi bo'yicha tekis, kimyoviy tarkibi barqaror va diffuziya jarayonini o ‘tkazishda yaxshi niqob xossaga ega. Bu usulda olingan SiC >2 parda asosiy xossalaridan biri ularda yedirish tezligining ancha yuqoriligidir. 15.6. Kremniyni anod oksidlash Anod oksidlashning ikki xili mavjud: suyuq elektrolitda kremniy sirtini oksidlash va gaz plazmada oksidlash. Birinchi hoi uchun jarayon elektrolitik anodlash, ikkinchisi uchun gazli anodlash deyiladi. I11.42-rasm. Turli temperaturalarda pi roliz usulida olingan kremniy to4rt oksi di parda qalinligining vaqtga bogliq- ligi: 1-700°C: 2-725°C: 3-750° С 258 1. Elekrolitik anodlash. M a'lumki, oddiy sharoitda kremniy doimo oksid qatlami bilan taxminan 3 nm qalinlikda qoplangan, kremniy va muhit oralig'ida oksidlovchi agent mavjud. Shuning uchun anod oksillashda oksid o‘sishi faqat shu parda orqali reagentlarning diffuzion yoki dreyf ko‘chishi hisobiga ro‘y berishi mumkin. Anod oksidlashning xususiyati yarimo‘tkazgich —elektrolit chegara qismi orqali o‘tuvchi ion tokining parametri bilan aniqlanadi. Anod oksidlash asosan o‘zgarmas tok rejimida o4kaziladi. Bu rejimni amalga oshirish uchun kerakli sharoitni yaratish kerak. Bunda parda qalinligi o‘sishi bilan oksidga qo‘yilgan kuchlanish U chiziqiy ortadi. Agar oksidda E maydon bir jinsli bo‘lsa, uning qiymati vaqtga bog‘liq boim aydi, unda d V = E d , = J E M (IIU 01 ) dt dt a F p bo‘ladi. Bunda У-chegara qismida ion tok zichligi; Af-oksidning gramm- mollardagi miqdori; />uning zichligi; aF-bir gramm-mol oksid hosil qilisfi uchun kerakli elektr miqdori; F= 9,65 Kl/mol-Faradey soni. (III. 101) formuladan kosrinib turibdiki, kuchlanishning o‘zgarish tezligi ion toki zichligiga proporsional. Demak, tok zichligi qancha kichik bo‘lsa, oksidlanish shuncha sekin o‘sadi. Anod oksidlash xususiyati elektrolit tarkibiga ham bog‘liq. Elektrolitlar sifatida odatda suv miqdori oz bo‘lgan organik eritmalardan foydalaniladi va undan tashqari oliy spirt yoki glitserindan ham foydalanish mumkin. Elektrolit o'tkazuvchanligini boshqarish uchun H N 0 3, H3PO4, NaOH, N a N 0 2 va boshqalarni kiritish mumkin. Bu birikmalarning anionlari oksidlovchi rolida elektrokimyoviy jarayonlarda qatnashadi. 2 . Kremniyni gazli anodlash. Bu usul elektrolitik anodlashga o‘xshaydi, farqi elektrolit o‘rniga gazdan foydalaniladi. Gazli anodlash qalin oksid pardalar olish uchun qo‘llaniladi. Yuqori chastotali maydon bilan qo^g'atilgan kislorod plazma, manfiy zaryadlangan kislorod ionlari manbayi vazifasini bajaradi. Plazmadagi kislorod ionlari kremniy plastinkalar bilan ta'sirlashadi. Oksidning o‘sishi anod oksidlash o‘tkazish rejimiga, ya'ni ishchi kameraning bosimiga, temperaturaga va plazma zichligiga bogiiq 15.7. Kremniyni past temperaturali ion—plazma oksidlash Kremniyni ion-plazma oksidlash, boshqa yarimo4kazgichlar singari taglikda, hatto, xona temperaturasida yuqori tezlikda pardalar olish imkonini beradi. Bu jarayon yaxshi boshqariladi. Olingan pardalar yuqori elektr tavsifnomaga ega. 259 III.43-rasm. 0 4 a yuqori chastotali qo‘zg‘atilgan P-600 W da, bosimi p=20 Pa va taglikning turli potensiali 1>2>3 da kislorod plazmada kremniyning oksidlanishi. Oksid o‘sish tezligini oksid orqali yarimo‘tkazgich atom lari yoki oksidlovchi agent zarrachalar diffuziyasi yoki dreyfi belgilaydi. Past tem pe raturalarda diffuziya tezligini ortishi o£suvchi qatlamda dif- fuziyalanuvchi zarrachalar konsentratsiyasi gradienti o‘s- ishi hisobiga; yarimo4tkazgich sirt qismi-oksid va oksid- tashqi muhit orasidagi tez- lashtiruvchi maydon o‘sishi bilan dreyf tezlikning ortishi hisobiga bo'ladi. Bu ikki omil kislorod tarkibli plazmada oksidning o‘sish mexanizmiga ta'sir qiladi. Kislorod plazmada oksidlanish 50 — 200 Pa bosimda olib boriladi. Razryadni qo‘zg6atish yuqori chastotali maydon (2,5 GHz gacha) bilan amalga oshirilib, razryadda quvvat 200 dan to 1000 W gacha o‘zgarishi mumkin. Qurilma uzluksiz nazoratda bo‘lib, chiqindilar hajmdan chiqa- rilib turiladi. Reaksion chiqindilarni hajmdan uzluksiz chiqarishni pret- sizion jo ‘mrak-yig‘uvchi yordamida nazorat qilinib, kislorod oqimida plazma dinamik rejimda ushlab turiladi. Plazmaning o‘rtacha parametri quyidagicha: elektron temperatura 5* 10 4 K, taglikka nisbatan anod po- tensial + 35 V, plazma zichligi ~10 13 el/snr3, ionlanish darajasi (5-6)-10~2%. Kremniy plastinka yerga ulangan katodga nisbatan musbat potensial (+50-b+400V) ostida turadi. Kremniyning oksidlanishida oksidning o csish tezligi 8-10 nm /m inni tashkil qiladi. Oksid o ‘sish kinetikasi (111.43-rasm) parabola qonuniga bo‘ysunadi. Pardani katta qalinliklarda paraboladan ozgina og'ishi katta energiyali kislorod ionlari bilan oksidning changlanishidir. 260 15.8. Kremniy nitridi qoplamalarini olish. Aralash qoplamalar Kremniy IV oksididan olingan himoya qatlamlarini ba'zi hollarda qoilash mumkin boim ay qoladi. Bunga Al, Ga, In kirishmalarnig diffuziyasiga nisbatan niqob vazifasini bajara olmasligi, oksid qatlami 0,1 — 0,15 mkm dan kam boigan holda В va P lar uzoq vaqt diffuziyasini niqoblash qiyinligi, ularning elektr mustahkamligi nisbatan yuqori emasligi va nihoyat, natriyning diffuziya koeffitsienti yuqoriligi kiradi. Ba'zi hollarda niqoblash uchun kremniy nitridi Si 3 N 4 yoki kremniy nitridi va kremniy IV oksidi kombinatsiyasi qoilaniladi. Kremniy nitridi ancha yuqori kimyoviy-issiqlik barqarorlikka, elektr chidamiylikka, dielektr singdiruvchanlikka, niqoblash xossasiga ega. Natriy ionlarining diffuziya koeffitsienti kremniy nitridida kremniy IV oksidiga nisbatan bir tartibga kam. Si 3 N 4 ~Si 02 tizimda keng sonli kimyoviy birikmalar — kremniy oksinitridlar hosil qilish mumkinki, ularning turli ko‘rinishllarini olib, xossalarini u yoki bu tomonga surish mumkin. Keng tarqalgan kremniy oksinitridlaridan biri Si 2 0 N 2 . Kremniy nitridi qoplamalarning kamchiligiga Si—Si 3 N 4 tizimda Si— Si 02 tizimga nisbatan zaryad zichligi yuqori va nusxani yedirishda vujudga keladigan qiyinchiliklar kiradi. Bu ikkala kamchilikni kombinatsiyalashgan qoplamalar S i0 2 —Si 3 N 4 yoki Si 0 2 -Si 3 N 4 —Si 02 qoilash bilan yo‘q qilish mumkin. Kremniy nitridi qatlamini yana kremniy sirtida ham vujudga keltirish mumkin. Buning uchun azot yoki uning aktiv birikmalari bilan kremniy sirti nitritlaniladi. Sirtni to ^ r id a n - to ^ r i nitridlash quyidagi reaksiyalar bo‘yicha kechadi: 3Si + Download 94.09 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|