2-Ma’ruza. Integral mikrosxemalarni tayyorlash texnologiyasi Reja: Integral mikrosxemalarni tayyorlash texnologiyasining elementlari

Termik oksidlanish. Kremniyni oksidlash-zamopnaviy Integral sxe,lar texnologiyasida o’ziga xos jarayonlardan biridir. Bunda olingan kremnioy ikki oksidi (SiO₂) bir necha muxim vazifalarni bajaradi:
-ximoya vazifasi-sirtni passivasiya qilish,xususan,sirtga chiquvchi p-n-o’tishning vertikal soholarini ximoya qilish (3a,-rasm);
-niqob vazifasi-uning darchasi orqali kerakli kirishma kiritiladi (3,b-rasm;
-maydoniy tranzsitor ostidagi yupqa dielektrik vazifasi (3,v-rasm).
Kremniy sirti past haroratlarda tabiiy oksidlanish natijasida hosil bo’luvchi “xususiy” oksid pardasi bilan xar doim ham qoplangan bo’ladi.Biroq mazkur parda,yuqorida qayd qilingan vazifalarni bajarish uchun juda kichik qalinlikka (5nm atrofida) ega bo’ladi.Shuning uchun IS texnologiyasida SiO₂ pardasi suniy yo’l bilan olinadi.Kremniyni suniy oksidlash odatda yuqori haroratda (1000-1200 ⁰C) amalga oshiriladi.Bunday termik oksidlashni kislorod atmosferasida (quruq oksidlash), kislorodni suv bug’I bilan aralashmasida (nam oksidlash) yoki suv bug’larida o’tkazish mumkin.

3-rasm.Kremniy ikki oksidi pardasining vazifalari
a-sirtni passivlash;b-maxalliy legirlash uchun niqob;v-yupqa zatvor osti oksidi
Barcha holatda ham jarayon oksidlovchi pechda o’tkaziladi.Bunday pechlarning asosini epitaksiyadagidek kvars truba tashkil qilib,unga kremniy plastinkalariga ega bo’lgan ushlagich joylashtiriladi.Kvars truba yuqori chastotali tok yoki boshqa usul bilan qizdiriladi.Truba orqali kislorod oqimi (quruq yoki namlangan) yoki suv bug’i o’tkaziladi va u yuqori haroratli zonada kremniy bilan rekasiyaga kirishadi.Bunday yo’l bilan olinayotgan SiO₂ parda amorf strukturaga ega bo’ladi.
Oksidlanish mexanizmining ikkita varianti mavjuddir.Birinchi variant quyidagi bosqichlardan tashkil topgandir: 1) kremniy atomlarini mavjud bo’lgan oksid parda orqali sirtga diffuziyalanishi; 2) kislorod molekulalarinigazli fazadan sirtga adsorbsiyasi; 3) oksidlanish,ya’ni kimyoviy rekasiya. Bu holatda parda boshlang’ich kremniy sirtida o’sadi.ikkinchi variant quyidagi bosqichlardan tashkil topgan bo’ladi:1) kislorodni oksid qatlam mavjud bo’lgan sirtga adsorbsiyasi; 2) oksid islorodni oksidlangan kremniyga diffuziyalanish; 3) oksidlanish.Bunda parda boshlang’ich kremniy sirtida ichkari tomon o’sadi.Amaliyotda ikkala mexanizm yuz beradi.Lekin ikkinchi asosiy vazifani bajaradi.Yangi kislorod atomlari qalinlashib borayotgan oksid qatlami orqali diffuziyalanishi to’g’ri kelganligi sababli oksid o’sish tezligi vaqt o’tishi bilan kamayishi kerak.oksidparda qalinligini ermik oksidlash vaqti bilan bog’lovchi yarimemperik formula quyidago ko’rinishga egadir:
d ≈ k∙√t
Bu yerda k-harorat va kislorod namligiga bog’liq bo’lgan parameter.
Quruq oksidlash namga qaraganda 10 marta sekin yuz beradi.Masalan, 1000 ⁰C da quruq kislorodda 0,5mkm qalinlikka ega bo’lgan SiO₂ pardani o’stirish uchun 5 soat kerak bo’lsa,namda esa 20 daqiqa kerak bo’ladi.haroratning xar bir 100 ⁰C kamayishida oksidlash vaqti 2-3 marta oshadi. IS texnologiyasida “qalin” va “yupqa” SiO₂ oksidlar mavjuddir.Qalin oksidlar (d=0,05-0,15 mkm) Maydoniy tranzistorlarda zatvor ostidagi diellektrik vazifasini bajaradi.
SiO₂ pardasini o’stirishdagi asosiy muommolardan biri uning bir jinsligini ta’minlashdir. Plastina sirtining sifati,reagentlar tozaligi va o’stirish rejimlariga bog’liq ravishda pardalarda turli xil nuqsonlar yuzga keladi.Eng keng tarqalgan nuqsonlardan biri mikro va makro g’ovaklardir.
Oksid parda sifatini uni o’stirishning harorati pasaytirilganda,shuningdek quruq kislorod ishlatilganda oshirish mumkin.Maydoniy tranzistor parametrlarining turg’unligi yupqa zatvor osti oksidining sifatiga bog’liq bo’lganligi uchun ularni quruq oksidlash bilan olinadi.qalin Oksid o’stirishda quruq va nam oksidlash galma galdan amalga oshiriladi:birinchisi nuqsonlarning yo’q bo’lishini ta’minlasa,ikkinchsi jarayon vaqtini kamaytirishga imkon beradi.