Легирование поликремния

Поликремний может быть легирован тремя способами:

• Диффузия. Диффузия, являясь высокотемпературным процессом, приводит к очень низким значениям удельного сопротивления. В поликремнии диффузия легирующих атомов проходит быстрее, чем в монокристаллическом кремнии.
• Имплантация. Удельное сопротивление ионно-имплантированного поликремния в первую очередь зависит от дозы имплантации, температуры и времени отжига. Оно примерно на порядок превышает удельное сопротивление диффузионно легированного кремния, что объясняется разницей в концентрации примеси.
• Введение легирующих добавок в парогазовую смесь. Удельное сопротивление поликремния, легированного в процессе осаждения путем добавления в парогазовую смесь фосфина, арсина или диборана, сильно зависит от температуры осаждения, концентрации легирующих добавок и температуры отжига. Переход от высокого удельного сопротивления при низких температурах осаждения к низкому удельному сопротивлению при высоких температурах соответствует изменению структуры поликремния от аморфной к поликристаллической.

Двуокись кремния

Пленки двуокиси кремния могут осаждаться как с легирующими добавками, так и без них. Важнейший параметр при осаждении SiO₂ - воспроизводимость рельефа.

Рис. 1 -Конформное воспроизведение. Толщина пленки на стенках ступеньки не отличается от толщины на дне и поверхности. Обусловлено быстрой поверхностной миграцией. Рис. 2 -Неконформное воспроизведение при отсутствии поверхностных миграций и больших значениях величины среднего пробега молекулы в газе. Рис. 3 -Неконформное воспроизведение при отсутствии поверхностных миграций и малых значениях величины среднего пробега молекулы в газе (по сравнению с размерами ступеньки).

Нелегированная двуокись кремния используется:

• в качестве изолирующей пленки между многоуровневой металлизацией,
• в качестве маскирующей пленки в процессах диффузии и ионной имплантации,
• как защитная пленка,
• для увеличения толщины подзатворного диэлектрика.
  
  Легированные фосфором пленки окисла используются:

• в качестве изолятора между металлическими слоями,
• как пассивирующие покрытия на поверхности прибора,
• в качестве геттерирующих слоев.

Методы осаждения

Для формирования пленок двуокиси кремния используется несколько методов осаждения. Они характеризуются различными химическими реакциями, видом и используемого реактора и температурой процесса осаждения.

Пленки, осаждаемые при низких температурах (ниже 500 °С), формируются за счет реакции между силаном, легирующими добавками и кислородом:

SiH₄ + O₂ SiO₂ +2H₂

Нитрид кремния

Стехиометричный Si₃N₄ используют для пассивирования поверхности полупроводниковых приборов (предохраняет от диффузии воды и ионов натрия, маска при локальном окислении кремния).

Химическое осаждение:

при атмосферном давлении и температуре 700 - 900 ^°C

3SiH₄ + 4NH₃ Si₃N₄ +12H₂

при пониженном давлении и температуре 700 - 800 ^°C

3SiH₂Cl₂ + 4NH₃ Si₃N₄ + 6HCl + 6H₂

Свойства нитрида кремния:

аморфный диэлектрик
коэффициент преломления 2.01
высокие растягивающие напряжения 100 ГПа
удельное сопротивление 10¹⁶ Oм·см
плотность 2.9 - 3.1 г/см³
диэлектрическая постоянная 6-7
ширина запрещенной зоны 5 эВ