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 Технология термического окисления кремния - student2.ru .

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 Технология термического окисления кремния - student2.ru ?

2. Применение пленок Технология термического окисления кремния - student2.ru в полупроводниковом производстве.

3. Структурные дефекты пленок термического диоксида кремния.

4. Основные свойства Технология термического окисления кремния - student2.ru .

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.

Наши рекомендации