Технология термического окисления кремния

Установка для термического окисления кремния – четырехтрубная печь горизонтального типа с газораспределительной системой, включающей кислородный баллон с редуктором, трубопроводы, краны и ротаметры. Окисление производится в двух реакторах (кварцевые трубы) одновременно. Через одну из труб пропускают поток сухого кислорода, через другую – влажного. Во втором случае газовый поток для насыщения парами воды пропускают через барботер, поддерживаемый при температуре 90 ... 100 °С. Газовые потоки контролируют ротаметрами. Пластины кремния помещают в реакторы в вертикальном положении перпендикулярно к потоку газа. Температуру окисления контролируют термопарой.

Порядок выполнения работы

1. Получить у преподавателя необходимые приборы и инструменты. Диффузионная печь заранее подготовлена к проведению лабораторной работы преподавателем или лаборантом. Запрещается включать и выключать оборудование, изменять режим работы диффузионной печи, регулировать газовые потоки. Студенты выполняют только операции, указанные в настоящем перечне.

2. Произвести измерение температур в каналах диффузионной печи. Убедиться, что разность температур составляет не более 5 °C. Для проведения измерений извлечь термопару из контейнера, подключить к клеммам милливольтметра и поместить поочередно в каждый канал. Считывание показаний милливольтметра производить после установления стационарного состояния (через 3...5 мин). После проведения измерений термопару немедленно поместить обратно в контейнер.

Соблюдайте осторожность. Температура кварцевого чехла термопары близка к 1000 °C. По калибровочной таблице термопары определить температуры в каналах.

3. Пинцетом поместить кремниевые пластины вертикально в кварцевые лодочки по 4 шт. в каждую. Одну лодочку поместить в канал окисления в сухом, другую – в канал окисления во влажном кислороде. Кварцевой штангой медленно (3 мин) переместить лодочки в центральные области каналов. Штангу убрать в контейнер. Запустить таймер.

4. Через 20 мин кварцевой штангой переместить лодочки из центральной части каналов к краям. Убрать штангу в контейнер. Пинцетом снять по одной пластине с каждой лодочки и поместить в металлические контейнеры, так как пластины горячие. Кварцевой штангой переместить лодочки в центральную область каналов. Убрать штангу в контейнер.

5. Повторить п. 4 еще три раза.

6. Определить толщину пленок диоксида кремния. Для этого химическим травлением сформировать в слоях диоксида ступеньки с клиновидным профилем: нанести фторопластовой палочкой каплю концентрированной плавиковой кислоты на край окисленной пластины кремния. Кислота смачивает поверхность оксида и не смачивает поверхность кремния. В момент изменения типа смачивания смыть кислоту водой. Высушить пластины бумажными фильтрами. Толщину определять по цвету оксида при нормальном падении света, пользуясь таблицей, приведенной ниже и учитывая порядок интерференции, определяемый по числу повторений темного фиолетово-красного цвета на вытравленном клине.

7. Построить графики зависимости толщины пленки диоксида кремния от времени при окислении в сухом и влажном кислороде.

Оборудование, приборы, инструменты

1. Диффузионная печь.

2. Баллон с кислородом.

3. Милливольтметр.

4. Термопара ППР5-20.

5. Кварцевая штанга.

6. Кварцевые лодочки.

7. Пинцет металлический.

8. Игла стальная.

9. Таймер.

10. Фторопластовый стакан для .

11. Стакан для воды.

12. Фильтры бумажные.

Материалы

1. Полированные пластины кремния n-типа с удельным сопротивлением 0,50 ... 4,5 Ом×см, разрезанные на 4 части. Перед проведением работы пластины должны быть обезжирены кипячением в толуоле в течение 5 мин и подвергнуты химической обработке, включающей кипячение в концентрированной азотной кислоте, промывку в дистиллированной воде, обработку плавиковой кислотой (20 мин) для удаления оксида и финишную промывку дистиллированной водой.

2. Кислота плавиковая концентрированная.

Определение толщины пленок методом цветовых оттенков

d, мкм	Порядок интерференции	Цвет последней полосы
0,050		Бежевый
0,0700		Коричневый
0,0960		Темно-коричнево-красный
0,1020		Индиго
0,1433		Голубовато-серый
0,1500		Светло-голубой
0,1688		Зелено-голубой
0,1700		Металлический
0,1786		Бледно-зеленый
0,1836	I	Желто-зеленый
0,1883		Светло-зеленый
0,1916		Зелено-желтый
0,1963		Золотисто-желтый
0,2000		Светло-золотистый
0,2200		Золотистый
0,2216		Оранжевый
0,2490		Светло-красный
0,2500		Красный
0,2700		Красно-фиолетовый
0,2753		Пурпурный
0,2810		Пурпурно-
0,2886		фиолетовый
0,3000		Фиолетовый
0,3033		Фиолетово-голубой
0,3100		Индиго
0,3160		Голубой
0,3200	II	Темно-голубой
0,3400		Зелено-голубой
0,3500		Светло-зеленый
0,3760		Зеленый
0,3830		Желтовато-зеленый

Окончание таблицы

d, мкм	Порядок интерференции	Цвет последней полосы
0,3900		Грязно-зеленый
0,4100		Желтый
0,4193		Светло-оранжевый
0,4200		Телесный
0,4400		Красный
0,4476		Фиолетово-красный
0,4586		Фиолетовый
0,4600		Красно-фиолетовый
0,4757		Голубовато-фиолетово-серый
0,4800		Голубовато-фиолетовый
0,4900		Голубой
0,4983		Зелено-голубой
0,5000		Голубовато-зеленый
0,5200		Зеленый
0,5403		Тускло-зеленый
0,5526	III	Желто-зеленый
0,5606		Зелено-желтый
0,5703		Желто-серый
0,5800		Светло оранжевый
0,5813		Сиреневато-серовато-красный
0,6000		Темно-розовый
0,6088		Карминово-красный
0,6300		Фиолетово-красный
0,6423		Серовато-красный
0,6690		Голубовато-серый
0,6800		Голубоватый
0,6826		Голубовато-зеленый
0,7200	IV	Зеленый
0,7700		Желтоватый
0,7793		Бледно-розовый
0,8000		Оранжевый
0,8200		Желтовато-розовый
0,8500		Светло-красновато-фиолетовый
0,8600		Фиолетовый
0,8700	V	Голубовато-фиолетовый
0,8893		Бледно-зелено-голубоватый
0,8900		Голубой
0,9200		Голубовато-зеленый
0,9500		Желто-зеленый
0,9700		Желтый

Контрольные вопросы

1. Какие методы применяются для получения пленок ?

2. Применение пленок в полупроводниковом производстве.

3. Структурные дефекты пленок термического диоксида кремния.

4. Основные свойства .

5. Кинетика процесса термического окисления.

6. Как зависит толщина пленки от времени окисления?

7. Какими технологическими параметрами определяется скорость окисления?

8. Влияние примесей, содержащихся в кремнии на процесс окисления.

9. Способы контроля толщины диэлектрических пленок.

Литература

1. Барыбин А.А., Сидоров В.Г. Физико-технологические основы электроники. – СПб.: Лань, 2001.

2. Процессы микро- и нанотехнологии / Т.И. Данилина, К.И. Смир- нова, В.А. Илюшин, А.А. Величко. – Томск: ТУСУР, 2005.

3. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. – М.: Высш. шк., 1986.

Лабораторная работа № 3

Метод вакуумного напыления

Цель работы –ознакомиться с процессом термического вакуумного напыления алюминия на полупроводниковую подложку.