РЕФЕРАТ
З ФІЗИКИ
ЗАХИСНІ ДІЕЛЕКТРИЧНІ ПЛІВКИ в планарних ТЕХНОЛОГІЇ
МОСКВА, 2008 р .
1. Вимоги, що пред'являються до захисних діелектричним плівкам
Захисні діелектричні плівки грають важливу роль у виготовленні напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем за планарною технології. Вони дають можливість проводити локальну дифузію донорної та акцепторної домішки, формувати ізольовані один від одного активні і пасивні елементи мікросхем, а також захищати з-з-переходи від зовнішніх впливів.
Тому до захисних діелектричним плівкам в планарної технології висувають такі основні вимоги: повна захист поверхні вихідної підкладки від проникнення в неї дифундують елементів (бору, фосфору, сурми, миш'яку та ін); хімічна стійкість і стабільність у часі; однорідність і бездефектність; високі питомий опір і електрична міцність; висока механічна міцність.
Вибір речовини для отримання захисних діелектричних плівок лімітується повним виконанням цих вимог. Таким чином, знайти універсальне речовина для створення захисної діелектричної плівки, що задовольняє вимогам планарної технології, дуже важко.
У якості вихідних матеріалів для виготовлення захисних діелектричних плівок можуть бути використані кварц, монооксид і діоксид кремнію, нітрид кремнію, оксид і нітрид алюмінію, нітрид бору та ін Проте в даний час широке промислове застосування знайшли тільки два види матеріалів: діоксид та нітрид кремнію.
Рис. 1. Модель процесу термічного окислення кремнію
2. Кінетика термічного окислення кремнію
Найбільш поширеним в планарної технології виготовлення напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем є метод термічного окислення кремнію, при якому захисні діелектричні плівки SiO 2 отримують при нагріванні вихідних кремнієвих підкладок в окислювальному середовищі. Цей метод дозволяє одержувати високоякісні маскуючі плівки, рівномірні по товщині і структурі і володіють високими захисними і діелектричними властивостями.
Розглянемо кінетику процесу утворення захисної діелектричної плівки SiO 2 при термічному окислюванні кремнію в атмосфері кисню. Для опису процесу термічного окислення введемо поняття «потік окислювача», під яким будемо розуміти кількість молекул окислювача, які перетинають одиницю поверхні підкладки в одиницю часу.
На рис. 1 показана модель процесу термічного окислення кремнію, що представляє собою систему окислювач (газ)-шар оксиду (тв)-підкладка кремнію. Через цю систему проходить «потік окислювача», що складається з чотирьох потоків, кожен з яких відповідає одній з областей системи навколишнє окислювальна середовище - підкладка кремнію.
Як видно з малюнка, потік F відповідає газофазовому масопереносу окислювача до поверхні підкладки кремнію. Так як на поверхні кремнію завжди є тонкий шар оксиду, то потік F i в цьому випадку відповідає переносу окислювача до поверхні оксиду. Це перенесення може здійснюватися як за рахунок процесу дифузії, так і за рахунок примусового переміщення з потоком газу-носія або самого окислювача. Швидкість переносу буде залежати від технологічного режиму процесу окислення.
У промислових умовах для процесу термічного окислення кремнію використовують примусовий потік окислювача F 1, що проходить через робочу камеру з певною швидкістю:
де h - константа швидкості процесу газоподібного масопереносу окислювача; C 1 - рівноважна концентрація окислювача в обсязі газової фази; C 2-концентрація окислювача у поверхні оксиду.
Окислювач, що дійшов до поверхні оксиду, адсорбується на цій поверхні і розчиняється в ній. При цьому між концентрацією окислювача в газовій фазі і концентрацією окислювача, розчинилося у твердій фазі, встановлюється співвідношення, яке визначається коефіцієнтом розподілу. Рушійною силою процесу розчинення окислювача в оксиді є градієнт концентрації окислювача в системі газ - поверхня оксиду. Тому потік окислювача
де д - константа швидкості процесу розчинення окислювача в шарі оксиду; C 3 - концентрація окислювача в шарі оксиду на кордоні з газовою фазою.
Розчинився в шарі оксиду окислювач буде дифундувати від поверхні розділу газова фаза - оксид до кордону розділу оксид - підкладка кремнію. Потік окислювача F 3 в цьому випадку буде пропорційний різниці концентрацій на кордонах оксиду і обернено пропорційний товщині шару оксиду. Таким чином, потік окислювача
5
де D - коефіцієнт дифузії окислювача в оксиді; C 4-концентрація окислювача на кордоні оксид - підкладка кремнію; хо - товщина шару оксиду.
Продіффундіровавшій через шар оксиду окислювач підходить до кордону оксид - кремній і вступає в реакцію з кремнієм. В результаті окислення кремнію утворюється новий шар оксиду.
Потік F i характеризує швидкість хімічної реакції окислення, яка відбувається на поверхні розділу оксид - кремній. Швидкість окислювання кремнію пропорційна концентрації окислювача, отже,
F, = kC
де k - константа швидкості реакції окислення.
Так як в усталеному режимі (при рівновазі) всі потоки рівні, тобто Fx-F 2 = Fz-F i = F, то, вирішуючи рівняння для потоків спільно, можна отримати вираз для сумарного потоку окислювача з урахуванням всіх вхідних в окремі потоки величин.
При ламінарному потоці газу-носія і окислювача розподіл концентрації окислювача біля кордону розділу газ - тверде тіло можна умовно замінити на лінійне:
C 1 = OC 2, де 0 <а <М. За умови F 2 = F a знаходимо
З умови F 3 = F 4 знаходимо
Складаючи почленно ці вирази, отримаємо залежність С від Ci (Ci = aC 2):
Підставляючи значення C 4 у вираз для потоку F 4, отримаємо вираз для сумарного потоку окислювача:
Якщо припустити, що на освіту одиничного обсягу оксиду V в результаті реакції окислення пішло N частинок окислювача, то швидкість росту шару оксиду буде виражатися наступним рівнянням:
Введемо позначення:
тоді
Інтегруючи обидві частини рівняння методом поділу змінних, отримаємо
Або
Вирішуючи це квадратне рівняння, отримаємо вираз для товщини оксиду в функції часу:
5
Або
Розглянемо два граничних випадки процесу термічного окислення кремнію. При великому часі окисного процесу, коли t ^>> Л 2 / (4 £), отримаємо
, Або Xo = Bi.
Таким чином, у цьому граничному випадку має місце параболічний закон процесу термічного окислення. Коефіцієнт У розглядається як константа швидкості окислення.
В іншому граничному випадку при відносно малому часі окислення, тобто за умови t <^ A 2 / (4B), отримаємо
Рис. 2. Залежність товщини плівки S1O2 від часу проведення процесу окислення кремнію
На рис. 2 показані загальна залежність товщини оксиду від часу проведення процесу термічного окислення і два її граничних випадку.
3. Термічне окислення кремнію в парах води
Для отримання захисних діелектричних плівок на кремнії використовують термічне окислення в парах води високої чистоти (порядку 10-20 МОм-см). Високотемпературну реакцію кремнію з водяною парою використовують у тому випадку, коли кількість пара не обмежує швидкість реакції. Для підтримки необхідного парціального тиску водяної пари у поверхні кремнієвих пластин воду підігрівають.
Структурний формування плівки оксиду відбувається за рахунок дифузійного перенесення води через шар оксиду до поверхні кремнію. На структурний формування плівки оксиду впливає водень, що утворюється в процесі реакції окислення і дифундує вглиб пластини. Так як коефіцієнт дифузії водню (2.10 -6 см 2 / с при 1050 ° С) значно більше, ніж коефіцієнт дифузії води (9 · 10 -10 см 2 / с при 1050 ° С), то освіту гідроксильних груп біля кордону розділу кремній - оксид пояснюється наявністю не тільки молекул води, але і водню.
При температурах процесу окислення освіту шару оксиду йде згідно параболическому закону і описується виразом X 2 = Bt.
Чим нижче температура процесу окислення, тим ближче до лінійного закон утворення шару оксиду. Лінійний характер зростання оксидної плівки спостерігається в парах води високого тиску (2,5 · 10 5 -4,0 * 10 7 Па) при температурі 500-800 ° С.
Рис. 3. Залежність товщини плівки SiO 2, вирощеної в атмосфері водяної пари, від часу для температур, ° С
Зростання плівки оксиду за лінійним законом має місце в тому випадку, коли швидкість окислення обмежена швидкістю хімічної реакції на кордоні кремній - Оксид. На ділянці лінійного росту швидкість реакції залежить від кількості вільних зв'язків атомів кремнію, які можуть реагувати з молекулами води на межі розділу кремній-оксид.
На рис. 3 наведена залежність зміни товщини плівки оксиду в атмосфері водяної пари від часу проведення процесу для різних температур.
Великий вплив на швидкість росту оксидної плівки надають орієнтація підкладки, тип електропровідності і концентрація домішки вихідної підкладки.
Висока концентрація домішки в підкладці впливає або на швидкість реакції окислення на межі розділу кремній - оксид, або на коефіцієнти дифузії окислювачів. Так, наявність у вихідній підкладці фосфору в першу чергу впливає на швидкість реакції окислення. Поверхня кристала з високою концентрацією фосфору окислюється значно швидше, ніж слаболегірованная поверхню. Це справедливо для низькотемпературного діапазону (600-1000 0 C).
При термічному окислюванні зростаючий оксид відтісняє фосфор у глиб кристалу кремнію і, таким чином, в оксидному шарі концентрація фосфору дуже мала. Для бору картина зворотна: зростаючий оксид включає в себе велику кількість бору, що призводить до прискорення дифузії окислювальних речовин. Тому кремній з високою концентрацією бору окислюється швидше як у високотемпературній, так і в низькотемпературній області.
Швидкість окислення в парах води залежить від орієнтації вихідної пластини кремнію тільки в низькотемпературній області, де зростання оксидної плівки не підпорядковується параболическому закону.
4. Термічне окислення кремнію в сухому кисні
Відмінністю методу окислення в сухому кисні від окислення в парах води є те, що в першому випадку речовиною, дифундує крізь зростаючу плівку оксиду, є не вода, а іони кисню. Необхідно відзначити, що коефіцієнт дифузії кисню в плівці оксиду (2,8 · 10 - 14 см 2 / с при 1050 ° С) значно менше, ніж у водню і води при тих же умовах. Тому швидкість зростання оксидної плівки в сухому кисні менше, ніж в парах води.
Так як в процесі утворення оксидних плівок відсутні водень і - пари води, то в структурі вирощеного оксиду немає гідроксильних груп (ОН). Висока енергія активації процесу окислення кремнію в сухому кисні і відсутність гідроксильних груп призводять до утворення міцних зв'язків кисню з кремнієм в структурі одержуваного оксидного шару кремнію.
Як і при окислюванні в парах води, кінетика окислення в області низьких температур визначається більшою мірою швидкістю реакції на межі розділу кремній - оксид, ніж дифузією кисню. Відхилення закону зростання плівки оксиду в бік лінійності зазвичай має місце при температурах нижче 1000 0 C
На рис. 4 наведені графіки залежності зміни товщини оксиду в атмосфері сухого кисню від часу проведення процесу окислення для різних температур.
Процес окислення кремнію в сухому кисні проводять на установці, що на рис. 5. Як осушувача використовують виморожуються пастку, хімічний поглинач або комбіноване пристрій, що дозволяє знизити вміст вологи в кисні до точки роси. Фільтр служить для видалення часток пилу та механічних забруднень.
Рис. 4. Залежність товщини плівки SiO 2, вирощеної в атмосфері сухого кисню, від часу для температур, ° С:
5. Термічне окислення кремнію у вологому кисні
Процес окислення кремнію у вологому кисні представляє собою комбінацію двох раніше розглянутих процесів окислення: у парах води та в сухому кисні. Сухий і очищений від домішок кисень пропускають через водяну баню, де він насичується гарячими водяними парами, і потім подають його в робочу камеру. Зміст вологи в потоці кисню визначається температурою водяної бані і швидкістю потоку кисню.
Так як швидкість утворення оксидного шару в парах води значно вище, ніж в сухому кисні, то швидкість процесу окислення кремнію залежить від вмісту вологи в потоці кисню. Процес окислення кремнію у вологому кисні проводять на установці, що на рис. 5.
Основною перевагою даного методу є те, що він дозволяє легко змінювати концентрацію парів води в потоці кисню і варіювати швидкість окислення від значення, що відповідає 100%-ному вмісту кисню, до значення, відповідного 100%-ному змістом парів води.
У цьому методі в якості окислювача служить суміш кисню і парів води, причому співвідношення цих компонентів можна змінювати в широких межах.
Якщо необхідно мати низькі швидкості процесу окислення, то замість кисню можна використовувати потік аргону або азоту «(температура водяної бані повинна бути кімнатної).
Енергія активації реакції окислення у вологому кисні зменшується зі збільшенням концентрації парів води. Енергія активації лежить в діапазоні від 1,3 еВ, що відповідає процесу окислення в сухому кисні, до 0,8 еВ, що відповідає процесу окислення в атмосфері водяної пари.
На рис. 6 наведено графіки залежності товщини оксидної плівки, вирощеної в атмосфері вологого кисню при температурі 1200 ° С, від часу проведення процесу окислення для різних температур водяної пари.
У виробництві напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем широке застосування знайшли двох-і триступеневий способи термічного окислення кремнію. Ці способи засновані на послідовному використанні в якості окислювачів сухого кисню, вологого кисню або водяної пари і знову сухого кисню. Такий технологічний процес утворення захисної діелектричної плівки оксиду кремнію викликаний тим, що оксид, вирощений в атмосфері сухого кисню, має більш досконалу структуру плівки, але малу швидкість її зростання, а вирощений в атмосфері вологого кисню і парів води має менш досконалу структуру, але більш високу швидкість росту.
Тому перша стадія в сухому кисні багатоступінчастого способу окислення спрямована на отримання тонкої плівки оксиду кремнію з досконалою структурою, друга стадія (у вологому кисні) застосовується для пришвидшення процесу окислення і нарощування достатньою по товщині плівки оксиду, а третя стадія (у сухому кисні) - знову для отримання досконалої структури оксиду на поверхні кремнію.
Гранична товщина термічно вирощеної плівки не перевищує 1 -1,5 мкм. Для практичних цілей планарної технології товщина оксидних захисних плівок повинна становити 0,2 - 0,8 мкм. Це продиктовано тим, що при використанні плівок товщиною більше 0,8 мкм клин травлення при проведенні процесу фотолітографії зростає і обмежує можливість отримання мікрозображень необхідного розміру. При використанні плівок товщиною менше 0,2 мкм збільшується ймовірність появи в ній наскрізних отворів і пор, які при дифузії призводять до локального проникненню діффузанта в підкладку.
6. Пиролитический осадження оксидних плівок кремнію
Найбільш простим і технологічним способом утворення оксидів кремнію без участі матеріалів підкладки є піролітичної розкладання різних кремнійорганічних сполук. Отже, цей спосіб дає можливість брати в облогу оксидні плівки кремнію на підкладку практично з будь-якого матеріалу. Іншою важливою перевагою даного способу є те, що він дозволяє звести до мінімуму перерозподіл домішок, яке мало місце у вихідній підкладці, тобто зберегти геометричні розміри та електричні параметри активних і пасивних областей підкладки. Третім гідністю способу є більш низька температура процесу.
Рис. 6. Залежність товщини плівки SiO 2, вирощеної в атмосфері вологого кисню при температурі 1200 ° С, від часу для різних температур водяної пари, ° С
З ФІЗИКИ
ЗАХИСНІ ДІЕЛЕКТРИЧНІ ПЛІВКИ в планарних ТЕХНОЛОГІЇ
МОСКВА,
1. Вимоги, що пред'являються до захисних діелектричним плівкам
Захисні діелектричні плівки грають важливу роль у виготовленні напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем за планарною технології. Вони дають можливість проводити локальну дифузію донорної та акцепторної домішки, формувати ізольовані один від одного активні і пасивні елементи мікросхем, а також захищати з-з-переходи від зовнішніх впливів.
Тому до захисних діелектричним плівкам в планарної технології висувають такі основні вимоги: повна захист поверхні вихідної підкладки від проникнення в неї дифундують елементів (бору, фосфору, сурми, миш'яку та ін); хімічна стійкість і стабільність у часі; однорідність і бездефектність; високі питомий опір і електрична міцність; висока механічна міцність.
Вибір речовини для отримання захисних діелектричних плівок лімітується повним виконанням цих вимог. Таким чином, знайти універсальне речовина для створення захисної діелектричної плівки, що задовольняє вимогам планарної технології, дуже важко.
У якості вихідних матеріалів для виготовлення захисних діелектричних плівок можуть бути використані кварц, монооксид і діоксид кремнію, нітрид кремнію, оксид і нітрид алюмінію, нітрид бору та ін Проте в даний час широке промислове застосування знайшли тільки два види матеріалів: діоксид та нітрид кремнію.
Рис. 1. Модель процесу термічного окислення кремнію
2. Кінетика термічного окислення кремнію
Найбільш поширеним в планарної технології виготовлення напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем є метод термічного окислення кремнію, при якому захисні діелектричні плівки SiO 2 отримують при нагріванні вихідних кремнієвих підкладок в окислювальному середовищі. Цей метод дозволяє одержувати високоякісні маскуючі плівки, рівномірні по товщині і структурі і володіють високими захисними і діелектричними властивостями.
Розглянемо кінетику процесу утворення захисної діелектричної плівки SiO 2 при термічному окислюванні кремнію в атмосфері кисню. Для опису процесу термічного окислення введемо поняття «потік окислювача», під яким будемо розуміти кількість молекул окислювача, які перетинають одиницю поверхні підкладки в одиницю часу.
На рис. 1 показана модель процесу термічного окислення кремнію, що представляє собою систему окислювач (газ)-шар оксиду (тв)-підкладка кремнію. Через цю систему проходить «потік окислювача», що складається з чотирьох потоків, кожен з яких відповідає одній з областей системи навколишнє окислювальна середовище - підкладка кремнію.
Як видно з малюнка, потік F відповідає газофазовому масопереносу окислювача до поверхні підкладки кремнію. Так як на поверхні кремнію завжди є тонкий шар оксиду, то потік F i в цьому випадку відповідає переносу окислювача до поверхні оксиду. Це перенесення може здійснюватися як за рахунок процесу дифузії, так і за рахунок примусового переміщення з потоком газу-носія або самого окислювача. Швидкість переносу буде залежати від технологічного режиму процесу окислення.
У промислових умовах для процесу термічного окислення кремнію використовують примусовий потік окислювача F 1, що проходить через робочу камеру з певною швидкістю:
де h - константа швидкості процесу газоподібного масопереносу окислювача; C 1 - рівноважна концентрація окислювача в обсязі газової фази; C 2-концентрація окислювача у поверхні оксиду.
Окислювач, що дійшов до поверхні оксиду, адсорбується на цій поверхні і розчиняється в ній. При цьому між концентрацією окислювача в газовій фазі і концентрацією окислювача, розчинилося у твердій фазі, встановлюється співвідношення, яке визначається коефіцієнтом розподілу. Рушійною силою процесу розчинення окислювача в оксиді є градієнт концентрації окислювача в системі газ - поверхня оксиду. Тому потік окислювача
де д - константа швидкості процесу розчинення окислювача в шарі оксиду; C 3 - концентрація окислювача в шарі оксиду на кордоні з газовою фазою.
Розчинився в шарі оксиду окислювач буде дифундувати від поверхні розділу газова фаза - оксид до кордону розділу оксид - підкладка кремнію. Потік окислювача F 3 в цьому випадку буде пропорційний різниці концентрацій на кордонах оксиду і обернено пропорційний товщині шару оксиду. Таким чином, потік окислювача
5
де D - коефіцієнт дифузії окислювача в оксиді; C 4-концентрація окислювача на кордоні оксид - підкладка кремнію; хо - товщина шару оксиду.
Продіффундіровавшій через шар оксиду окислювач підходить до кордону оксид - кремній і вступає в реакцію з кремнієм. В результаті окислення кремнію утворюється новий шар оксиду.
Потік F i характеризує швидкість хімічної реакції окислення, яка відбувається на поверхні розділу оксид - кремній. Швидкість окислювання кремнію пропорційна концентрації окислювача, отже,
F, = kC
де k - константа швидкості реакції окислення.
Так як в усталеному режимі (при рівновазі) всі потоки рівні, тобто Fx-F 2 = Fz-F i = F, то, вирішуючи рівняння для потоків спільно, можна отримати вираз для сумарного потоку окислювача з урахуванням всіх вхідних в окремі потоки величин.
При ламінарному потоці газу-носія і окислювача розподіл концентрації окислювача біля кордону розділу газ - тверде тіло можна умовно замінити на лінійне:
C 1 = OC 2, де 0 <а <М. За умови F 2 = F a знаходимо
З умови F 3 = F 4 знаходимо
Складаючи почленно ці вирази, отримаємо залежність С від Ci (Ci = aC 2):
Підставляючи значення C 4 у вираз для потоку F 4, отримаємо вираз для сумарного потоку окислювача:
Якщо припустити, що на освіту одиничного обсягу оксиду V в результаті реакції окислення пішло N частинок окислювача, то швидкість росту шару оксиду буде виражатися наступним рівнянням:
Введемо позначення:
тоді
Інтегруючи обидві частини рівняння методом поділу змінних, отримаємо
Або
Вирішуючи це квадратне рівняння, отримаємо вираз для товщини оксиду в функції часу:
5
Або
Розглянемо два граничних випадки процесу термічного окислення кремнію. При великому часі окисного процесу, коли t ^>> Л 2 / (4 £), отримаємо
, Або Xo = Bi.
Таким чином, у цьому граничному випадку має місце параболічний закон процесу термічного окислення. Коефіцієнт У розглядається як константа швидкості окислення.
В іншому граничному випадку при відносно малому часі окислення, тобто за умови t <^ A 2 / (4B), отримаємо
Рис. 2. Залежність товщини плівки S1O2 від часу проведення процесу окислення кремнію
На рис. 2 показані загальна залежність товщини оксиду від часу проведення процесу термічного окислення і два її граничних випадку.
3. Термічне окислення кремнію в парах води
Для отримання захисних діелектричних плівок на кремнії використовують термічне окислення в парах води високої чистоти (порядку 10-20 МОм-см). Високотемпературну реакцію кремнію з водяною парою використовують у тому випадку, коли кількість пара не обмежує швидкість реакції. Для підтримки необхідного парціального тиску водяної пари у поверхні кремнієвих пластин воду підігрівають.
Структурний формування плівки оксиду відбувається за рахунок дифузійного перенесення води через шар оксиду до поверхні кремнію. На структурний формування плівки оксиду впливає водень, що утворюється в процесі реакції окислення і дифундує вглиб пластини. Так як коефіцієнт дифузії водню (2.10 -6 см 2 / с при 1050 ° С) значно більше, ніж коефіцієнт дифузії води (9 · 10 -10 см 2 / с при 1050 ° С), то освіту гідроксильних груп біля кордону розділу кремній - оксид пояснюється наявністю не тільки молекул води, але і водню.
При температурах процесу окислення освіту шару оксиду йде згідно параболическому закону і описується виразом X 2 = Bt.
Чим нижче температура процесу окислення, тим ближче до лінійного закон утворення шару оксиду. Лінійний характер зростання оксидної плівки спостерігається в парах води високого тиску (2,5 · 10 5 -4,0 * 10 7 Па) при температурі 500-800 ° С.
Рис. 3. Залежність товщини плівки SiO 2, вирощеної в атмосфері водяної пари, від часу для температур, ° С
Зростання плівки оксиду за лінійним законом має місце в тому випадку, коли швидкість окислення обмежена швидкістю хімічної реакції на кордоні кремній - Оксид. На ділянці лінійного росту швидкість реакції залежить від кількості вільних зв'язків атомів кремнію, які можуть реагувати з молекулами води на межі розділу кремній-оксид.
На рис. 3 наведена залежність зміни товщини плівки оксиду в атмосфері водяної пари від часу проведення процесу для різних температур.
Великий вплив на швидкість росту оксидної плівки надають орієнтація підкладки, тип електропровідності і концентрація домішки вихідної підкладки.
Висока концентрація домішки в підкладці впливає або на швидкість реакції окислення на межі розділу кремній - оксид, або на коефіцієнти дифузії окислювачів. Так, наявність у вихідній підкладці фосфору в першу чергу впливає на швидкість реакції окислення. Поверхня кристала з високою концентрацією фосфору окислюється значно швидше, ніж слаболегірованная поверхню. Це справедливо для низькотемпературного діапазону (600-1000 0 C).
При термічному окислюванні зростаючий оксид відтісняє фосфор у глиб кристалу кремнію і, таким чином, в оксидному шарі концентрація фосфору дуже мала. Для бору картина зворотна: зростаючий оксид включає в себе велику кількість бору, що призводить до прискорення дифузії окислювальних речовин. Тому кремній з високою концентрацією бору окислюється швидше як у високотемпературній, так і в низькотемпературній області.
Швидкість окислення в парах води залежить від орієнтації вихідної пластини кремнію тільки в низькотемпературній області, де зростання оксидної плівки не підпорядковується параболическому закону.
4. Термічне окислення кремнію в сухому кисні
Відмінністю методу окислення в сухому кисні від окислення в парах води є те, що в першому випадку речовиною, дифундує крізь зростаючу плівку оксиду, є не вода, а іони кисню. Необхідно відзначити, що коефіцієнт дифузії кисню в плівці оксиду (2,8 · 10 - 14 см 2 / с при 1050 ° С) значно менше, ніж у водню і води при тих же умовах. Тому швидкість зростання оксидної плівки в сухому кисні менше, ніж в парах води.
Так як в процесі утворення оксидних плівок відсутні водень і - пари води, то в структурі вирощеного оксиду немає гідроксильних груп (ОН). Висока енергія активації процесу окислення кремнію в сухому кисні і відсутність гідроксильних груп призводять до утворення міцних зв'язків кисню з кремнієм в структурі одержуваного оксидного шару кремнію.
Як і при окислюванні в парах води, кінетика окислення в області низьких температур визначається більшою мірою швидкістю реакції на межі розділу кремній - оксид, ніж дифузією кисню. Відхилення закону зростання плівки оксиду в бік лінійності зазвичай має місце при температурах нижче
На рис. 4 наведені графіки залежності зміни товщини оксиду в атмосфері сухого кисню від часу проведення процесу окислення для різних температур.
Процес окислення кремнію в сухому кисні проводять на установці, що на рис. 5. Як осушувача використовують виморожуються пастку, хімічний поглинач або комбіноване пристрій, що дозволяє знизити вміст вологи в кисні до точки роси. Фільтр служить для видалення часток пилу та механічних забруднень.
Рис. 4. Залежність товщини плівки SiO 2, вирощеної в атмосфері сухого кисню, від часу для температур, ° С:
5. Термічне окислення кремнію у вологому кисні
Процес окислення кремнію у вологому кисні представляє собою комбінацію двох раніше розглянутих процесів окислення: у парах води та в сухому кисні. Сухий і очищений від домішок кисень пропускають через водяну баню, де він насичується гарячими водяними парами, і потім подають його в робочу камеру. Зміст вологи в потоці кисню визначається температурою водяної бані і швидкістю потоку кисню.
Так як швидкість утворення оксидного шару в парах води значно вище, ніж в сухому кисні, то швидкість процесу окислення кремнію залежить від вмісту вологи в потоці кисню. Процес окислення кремнію у вологому кисні проводять на установці, що на рис. 5.
Основною перевагою даного методу є те, що він дозволяє легко змінювати концентрацію парів води в потоці кисню і варіювати швидкість окислення від значення, що відповідає 100%-ному вмісту кисню, до значення, відповідного 100%-ному змістом парів води.
У цьому методі в якості окислювача служить суміш кисню і парів води, причому співвідношення цих компонентів можна змінювати в широких межах.
Якщо необхідно мати низькі швидкості процесу окислення, то замість кисню можна використовувати потік аргону або азоту «(температура водяної бані повинна бути кімнатної).
Енергія активації реакції окислення у вологому кисні зменшується зі збільшенням концентрації парів води. Енергія активації лежить в діапазоні від 1,3 еВ, що відповідає процесу окислення в сухому кисні, до 0,8 еВ, що відповідає процесу окислення в атмосфері водяної пари.
На рис. 6 наведено графіки залежності товщини оксидної плівки, вирощеної в атмосфері вологого кисню при температурі 1200 ° С, від часу проведення процесу окислення для різних температур водяної пари.
У виробництві напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем широке застосування знайшли двох-і триступеневий способи термічного окислення кремнію. Ці способи засновані на послідовному використанні в якості окислювачів сухого кисню, вологого кисню або водяної пари і знову сухого кисню. Такий технологічний процес утворення захисної діелектричної плівки оксиду кремнію викликаний тим, що оксид, вирощений в атмосфері сухого кисню, має більш досконалу структуру плівки, але малу швидкість її зростання, а вирощений в атмосфері вологого кисню і парів води має менш досконалу структуру, але більш високу швидкість росту.
Тому перша стадія в сухому кисні багатоступінчастого способу окислення спрямована на отримання тонкої плівки оксиду кремнію з досконалою структурою, друга стадія (у вологому кисні) застосовується для пришвидшення процесу окислення і нарощування достатньою по товщині плівки оксиду, а третя стадія (у сухому кисні) - знову для отримання досконалої структури оксиду на поверхні кремнію.
Гранична товщина термічно вирощеної плівки не перевищує 1 -1,5 мкм. Для практичних цілей планарної технології товщина оксидних захисних плівок повинна становити 0,2 - 0,8 мкм. Це продиктовано тим, що при використанні плівок товщиною більше 0,8 мкм клин травлення при проведенні процесу фотолітографії зростає і обмежує можливість отримання мікрозображень необхідного розміру. При використанні плівок товщиною менше 0,2 мкм збільшується ймовірність появи в ній наскрізних отворів і пор, які при дифузії призводять до локального проникненню діффузанта в підкладку.
6. Пиролитический осадження оксидних плівок кремнію
Найбільш простим і технологічним способом утворення оксидів кремнію без участі матеріалів підкладки є піролітичної розкладання різних кремнійорганічних сполук. Отже, цей спосіб дає можливість брати в облогу оксидні плівки кремнію на підкладку практично з будь-якого матеріалу. Іншою важливою перевагою даного способу є те, що він дозволяє звести до мінімуму перерозподіл домішок, яке мало місце у вихідній підкладці, тобто зберегти геометричні розміри та електричні параметри активних і пасивних областей підкладки. Третім гідністю способу є більш низька температура процесу.
Рис. 6. Залежність товщини плівки SiO 2, вирощеної в атмосфері вологого кисню при температурі 1200 ° С, від часу для різних температур водяної пари, ° С
Розглянемо два варіанти даного способу, які знайшли широке застосування при виготовленні напівпровідникових приладів я інтегральних мікросхем.
Термічне розкладання тетраетоксілана Si (OCHs) 4. Цей процес може проводитися безпосередньо над поверхнею підкладки або в окремій камері, з якої продукти реакції транспортуються до підкладки. Реакція розкладання тетраетоксілана відбувається при температурі 700-750 ° С. У результаті реакції виділяються діоксид кремнію, оксид кремнію, оксид вуглецю і органічні радикали в газоподібній формі. Джерелом кисню в цій реакції служить сам тетраетоксілан, а не зовнішній джерело. На рис. 7 наведені графіки залежності товщини плівки від часу проведення процесу.
Якщо реакція розкладання тетраетоксілана проводиться в одній камері з підкладкою, то температура підкладки відповідає температурі піролізу. Якщо реакція розкладання проходить в одній камері, а підкладки знаходяться в іншій камері, то температура підкладок може бути значно знижена в порівнянні з температурою піролізу.
Окислення силану киснем. Перевага цієї реакції перед попередньої полягає в тому, що в цьому випадку не відбувається утворення газоподібних органічних радикалів і вуглецю, а сама реакція йде при більш низькій температурі.
Окислення моносілана киснем є перспективним методом у напівпровідниковій технології, так як він дає можливість брати в облогу оксидні плівки кремнію на интерметаллические з'єднання типу A hi B v і A 11 B vi без порушення їх стехіометричного складу. Для протікання реакції утворення діоксиду кремнію зовнішній нагрів не потрібно, однак для отримання оксидних плівок кремнію більш високої якості процес проводять при температурі 150-300 ° С:
Вихідними речовинами для проведення цього процесу є газові суміші, які включають в себе Високочистий моносілан SiH 4, аргон або азот (гази-носії) і кисень. Контрольоване окислення сильно розведеного інертним газом силану (3-10%) й дозволяє реалізувати осадження діоксиду кремнію в широкому діапазоні температур зі швидкістю 10-50 нм / хв.
Температурний інтервал осадження оксидних плівок кремнію визначається концентраціями моносілана і окислювача. При зміні концентрації моносілана від 0,8 до 0,015 об. % Для постійного відносини силан: окислювач = 1: 3 температура процесу осадження повинна бути збільшена з 140 до 450 ° С.
Особливу увагу слід звертати на мінімальну температуру процесу осадження. Нижній температурний межа лімітується двома факторами: монотонним збільшенням пористості плівки діоксиду кремнію і гомогенним окисленням моносілана в газовій фазі. Монотонне збільшення пористості плівки пов'язано з тим, що у міру зниження температури процесу зменшується енергія поверхневої міграції адсорбованих підкладкою молекул. Кристалізація загрожених частинок при цьому відбувається в положеннях, все більш далеких від мінімуму вільної енергії системи. Це викликає утворення пухких, пористих плівок з низькою електричною міцністю і невисокою адгезією до підкладки. При температурах проведення процесу осадження нижче 150 ° С відбувається відкладення частинок діоксиду кремнію у вигляді дрібнодисперсного білого порошку.
Гомогенне окислення моносілана в газовій фазі пов'язано з тим, що чим нижче температура осадження оксидної плівки, тим більші концентрації моносілана необхідні для реалізації механізму окислення і, отже, все більша частина моносілана окислюється в газовій фазі, засмічуючи реакційну камеру і погіршуючи якість утворюється плівки.
В якості окислювача крім кисню можуть бути використані кисневмісні сполуки, такі, як N 2 O, CO 2, H 2 O. Використання в якості окислювачів закису азоту та вуглекислого газу дозволяє практично виключити гомогенне окислення, однак при цьому неможливо реалізувати осадження плівок діоксиду кремнію в діапазоні температур 200-350 ° С.
Контрольоване окислення моносілана (киснем), досить сильно розведеного інертними газами, дозволяє отримувати плівки SiO 2 в широкому діапазоні температур (200-500 ° С), при цьому швидкості осадження плівок досягають значень порядку 50 - 100 нм / хв.
Слід зазначити, що плівки SiO 2, отримані даним методом, рівномірні по товщині по всій поверхні пластини, володіють достатньою суцільністю, стабільністю хімічного складу і хорошою маскує здатністю при проведенні процесів дифузії. Відмітною ознакою плівок SiO 2, отриманих цим методом, є більш висока швидкість їх травлення.
Анодне окислення кремнію
Анодне окислення кремнію є однією з основних електродних реакцій, що відбуваються на поверхні вихідної пластини при впливі на неї електроліту і електричного струму. Метод анодного окислення включає дві модифікації: окислення поверхні кремнію в рідкому електроліті і окислення в газовій плазмі. У першому випадку процес називають електролітичним анодуванням, у другому - газовим анодуванням.
Електролітичне анодування. При звичайних умовах поверхню кремнієвих пластин покрита тонкою плівкою оксиду товщиною близько ЗОА. Ця оксидна плівка розділяє речовини, які беруть участь у реакції анодного окислення. Тому подальше зростання оксидної плівки можливий тільки при перенесенні за рахунок дифузії або міграції іонів реагуючих речовин через цю плівку. Швидкість росту плівок SiO 2 на кремнії в рідкому електроліті, не розчиняються ці плівки, залежить від електростатичного поля в шарі оксиду, стимулюючого міграцію іонів. Вважають, що рухомим компонентом у розглянутому випадку є іон кремнію. Тому процес вирощування анодних оксидних плівок може бути описаний як процес перенесення іонів кремнію через кордон розділу оксид - кремній і через оксид до кордону розділу оксид - електроліт, де відбувається реакція окислення.
Присутність іонів в електроліті біля кордону з оксидом помітно впливає на швидкість окислення, а також на граничну товщину оксидної плівки. Товщина плівки при анодному окисненні визначається значеннями напруги пробою і іонного струму. Регулювання значення загального струму в процесі анодного окислення може здійснюватися при постійному струмі, при постійній напрузі і при комбінації цих величин.
Розглянемо окислення при постійному струмі. Для підтримки постійного іонного струму через оксид необхідно, щоб зі збільшенням товщини оксидної плівки зростала падіння напруги в цій плівці. Тому анодування при постійному струмі можна характеризувати як швидкість зростання напруги в оксиді. Швидкість зміни напруги приблизно пропорційна току. Отже, чим вище щільність іонного струму, тим швидше підвищується напруга і швидше зростає оксид. При цьому типове значення коефіцієнта корисного виходу іонного струму становить близько 1% від виходу електролітичних реакцій. Анодне окислення при постійному струмі може тривати до тих пір, поки напруга не досягне певного значення, що залежить від типу електроліту і конструкції установки, після чого відбувається пробій оксидної плівки.
У разі окислення при постійній напрузі між анодом і катодом початковий струм, що виникає внаслідок іонної провідності оксиду, визначається опором електроліту, товщиною початкового шару оксиду на кремнієвій пластині і поляризацією, пов'язаної з утворенням «подвійного шару» в електроліті. У міру зростання оксиду електричне поле в ньому зменшується, що призводить до зменшення струму, що проходить через оксид. У результаті зростання оксиду сповільнюється.
Велику роль в отриманні відтворюваних результатів анодного окислення відіграє вибір електроліту і відсоток вмісту в ньому вологи. Можуть бути використані самі різні електроліти на основі азотної, борної або фосфорної кислот з добавками нітрату натрію, нітрату калію, біхромату амонію та ін
Газове анодування кремнію аналогічно електролітичному з тією лише різницею, що замість електроліту використовується газ. Цей метод застосовується при вирощуванні товстих оксидних плівок. Киснева плазма, порушувана полем високої частоти, служить джерелом негативно заряджених іонів кисневих. Іони кисню з плазми взаємодіють з поверхнею кремнієвої пластини. Зростання оксиду залежить від режиму проведення анодного окислення: від тиску всередині робочої камери, температури і щільності плазми.
8. Осадження плівок оксиду кремнію термічним випаровуванням
Для нанесення захисних плівок оксиду кремнію використовують два методи, засновані на випаровуванні монооксиду кремнію. У першому методі використовується технічний порошкоподібний монооксид кремнію. Другий метод полягає в тому, що кремнієвий електрод нагрівається в атмосфері кисню. При цьому його поверхня покривається монооксидом, який легко випаровується, тому що має більш високим, ніж у кремнію, тиском парів.
Оксиди, одержувані шляхом напилення на напівпровідникову підкладку, являють собою комплекси виду Si-SiO-SiO 2 -. При використанні в якості джерела випаровування порошку монооксиду кремнію одним з найбільш важливих моментів для отримання однорідної захисної оксидної плівки є конструкція човники для порошку монооксиду кремнію. Швидкість випаровування залежить від геометрії човники, температури, тиску, а також від однорідності порошку монооксиду. При використанні будь-якого певного джерела швидкість випаровування регулюють зміною електричної потужності, що служить для нагріву човники. Кремнієві пластини при цьому методі осадження захисної плівки нагрівають до 300 ° С і вище, щоб отримати гарну адгезію захисної плівки до вихідної пластині. Якщо осадження проводиться з малою швидкістю, але при високому парціальному тиску кисню, то плівка володіє такими ж характеристиками, як і плівка SiO 2. При великих швидкостях осадження або при більш низькому парціальному тиску кисню оптичні характеристики обложеної плівки схожі з характеристиками, властивим »плівкам SiO.
Захисні плівки, що мають властивості плівок SiOa, отримують зазвичай при температурі джерела 1300-HOO 0 C і сумарному тиску менше 6,5 · IO -4 Па.>
Для отримання оксидних плівок методом напилення в вакуумі як джерело можна використовувати кремній. При цьому визначальну роль відіграє реакція у поверхні кремнію. Температура та парціальний тиск кисню у цієї поверхні визначають швидкість адсорбції кисню на поверхні кремнію та випаровування S1O2. Кремній нагрівається до температури 700 - IOOO 0 C Парціальний тиск кисню має бути таким, щоб на поверхні кремнієвого джерела забезпечувалася реакція Si-fO-*- SiO. Зазначеним методом на вихідної напівпровідникової пластині можна отримати оксидну плівку товщиною 0,1 мкм при температурі 900 ° С і тиску 1,3 · IO -4 Па протягом 30 хв. При підігріванні підкладки, на якій розташовуються пластини, поліпшуються адсорбція парів оксиду і адгезія їх до напівпровідникових пластин. Щоб уникнути випаровування обложеної плівки оксиду температура пластин повинна бути на 100-200 ° С нижче температури джерела.
9. Реактивний катодне розпилення оксиду кремнію
Метод реактивно-катодного розпилення оксиду кремнію заснований на використанні електричного розряду між електродами при низькому тиску окисляє газу. Під дією бомбардування іонізованими молекулами газу матеріал катода випаровується у вигляді вільних атомів або у вигляді сполук, що утворюються при реакції катода з залишковими молекулами газу. Перенесення розпорошених частинок відбувається або за рахунок їх кінетичної енергії, або за рахунок дифузії, якщо зіткнення з залишковими молекулами газу помітно знижують їх кінетичну енергію.
Методом реактивно-катодного розпилення можна отримувати плівки оксиду кремнію, піддаючи розпорошення у присутності кисню кремнієву мішень. Зазвичай цей процес проходить при тиску 0,4 Па і напрузі 1500-2000 В. Швидкість росту: плівки оксиду кремнію збільшується при введенні в кисневу атмосферу невеликих кількостей аргону.
Різновидом реактивно-катодного розпилення є метод, при якому плазма виходить за допомогою високочастотного розряду. За даним методом захисні оксидні плівки отримують при тиску 26,5-133 Па і напрузі 3-5 кВ.
Хороша контрольованість процесу реактивно-катодного розпилення дозволяє автоматизувати процес осадження захисних плівок оксиду кремнію на підкладки з напівпровідникового матеріалу.
10. Хімічне осадження плівок нітриду кремнію
Поряд із захисними діелектричними плівками діоксиду кремнію у виробництві напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем все більш широке застосування знаходять плівки нітриду кремнію.
Плівки нітриду кремнію володіють меншою проникністю для діффузантов, використовуваних у звичайній планарної технології, ніж плівки діоксиду кремнію. Тому плівки нітриду кремнію отримують більш тонкими. Це є важливим чинником для фотолітографії, що сприяє збільшенню її роздільної здатності.
Плівки нітриду кремнію можна вирощувати у багато разів швидше, ніж плівки діоксиду кремнію, і при більш низьких температурах.
Розглянемо кілька способів хімічного осадження плівок нітриду кремнію.
Реакція взаємодії кремнію з азотом. Для здійснення хімічної реакції нітрування необхідна температура J100-1300 ° С:
3Si + 2N 2 - Si 3 N 4
Зазвичай цим способом користуються для одержання нітриду кремнію як тугоплавкого матеріалу. У даній реакції чистий азот може бути замінений аміаком, який дисоціює при високій температурі і взаємодіє з кремнієм легше, ніж молекулярний азот.
Плівки нітриду кремнію можуть бути отримані методом відкритої труби. У робочій камері розташовують пластини кремнію і пропускають через неї потік азоту. При температурі 1200 ° С і швидкості потоку азоту 300 см 3 / хв на поверхні пластин кремнію утворюється плівка нітриду кремнію.
Реакція взаємодії силану з аміаком. Для протікання хімічної реакції азотування силану аміаком необхідна температура 700-1100 0 C Таким чином, у порівнянні з попередньою реакцією робочі температури процесу осадження плівок нітриду кремнію значно нижче. У робочу камеру з кремнієвими пластинами в потоці водню зі швидкістю (ЗЧ-5) подаються силан та аміак у співвідношенні 1:20. Надлишок водню перешкоджає передчасному розкладанню силану. У робочій камері при температурі вище 500 ° С відбувається розкладання силану його взаємодія з аміаком:
3SiH 4 + 4NH 3 - Si 3 N 4 + 12Н 2
Утворився в результаті реакції нітрид кремнію осідає на поверхні кремнієвих пластин.
Швидкість росту плівки нітриду кремнію залежить від концентрації силану в робочій камері і температури проведення процесу (рис. 8). З графіка видно, що при температурі 1250 ° С швидкість осадження сповільнюється, а при температурі вище 1250 ° С
значно зменшується. Це пояснюється браком силану в робочій камері внаслідок його інтенсивного розкладання при підвищених температурах.
Зазвичай плівки нітриду кремнію осаджують на підкладки при температурі 800-900 ° С з використанням робочої суміші, що складається з водню або аргону, використовуваних як газів-носіїв і реагентів: силану (до 1%) і аміаку (до 3%). Витрата робочої суміші встановлюють рівним 1000 см 3 / хв. Час процесу вибирають з умови необхідної товщини плівки. В якості газу-носія поряд з воднем і аргоном можуть бути використані азот або оксид азоту.
Рис. 8. Залежність швидкості осадження плівок Si 3 N 4:
Реакція взаємодії тетрахлориду кремнію з аміаком. Освіта плівки нітриду кремнію при взаємодії тетрахлориду кремнію з аміаком протікає в декілька стадій. На початковій стадії утворюється діімід кремнію:
При кімнатній температурі ця реакція далі не йде. Відбувається полімеризація дііміда кремнію.
Якщо температуру підвищити до 400 ° С, то піде реакція
Якщо температуру підвищити до 650 ° С, реакція йде далі:
Завершальна стадія утворення нітриду кремнію проходить при температурі 1100-1250 ° С:
У результаті утворюються кристаліти нітриду кремнію б-модифікації. Якщо завершальну стадію реакції проводити при температурі
Слід зазначити, що зі збільшенням товщини плівки нітриду кремнію (понад 1 мкм) в них виникають тріщини. Наявність тріщин - результат високого значення модуля пружності нітриду кремнію, відмінності в коефіцієнтах термічного розширення кремнію і нітриду кремнію, а також наслідок неоднорідності структури підкладки і нітридних плівки.
Процес осадження плівок нітриду кремнію проводять у кварцовою трубі, в яку подають суміш тетрахлорида з аміаком. В якості газу-носія використовують водень, аргон або азот. Швидкість подачі суміші газу-носія з реагентами вибирають рівною (5н-4-10) 10 3 см 3 / хв.
Швидкість осадження плівки нітриду кремнію залежить від температури проведення процесу і співвідношення між тетрахлорид і аміаком.
На рис. 9 приведена залежність швидкості осадження плівки нітриду кремнію від температури для двох співвідношень між тетрахлорид і аміаком.
Крім тетрахлориду кремнію для осадження плівок нітриду кремнію можна використовувати галогеновані силани типу "Hi-nSiXn, де X - галоген; п = 1, 2, 3, 4. Реакція утворення плівки нітриду кремнію має вигляд
В якості газів-носіїв використовують, як і в попередньому випадку, водень, аргон або азот. Температура проведення процесу осадження для цих реагентів може бути знижена до 750 - Е80 ° С. Швидкість росту плівок нітриду кремнію для цього процесу великою мірою залежить від технологічних режимів.
Реакція взаємодії силану з гідразином. Для осадження яленок нітриду кремнію замість аміаку використовують гідразин N 2 H 4. Реакція в цьому випадку йде за такою схемою:
SiH 4 + N 2 H 4 Si (NH) 2 + ДТ р
2Si (NH) 2 - (SiN) 2 NH + NH 3
3 (SiN) 2 NH - 2Si 3 N 4 + NH 3
При використанні реакції взаємодії аміаку з сіланом температура осадження плівок нітриду кремнію не може бути нижче 750 ° С. Застосування гідразину замість аміаку дозволяє знизити робочу температуру процесу до 550 ° С,. Так як гідразин розкладається при більш низьких температурах. Осадження плівок проводять у кварцовою трубі, через яку пропускають газ-носій і суміш силану з гідразином.
Рис. 9. Залежність швидкості осадження плівок Si 3 N 4 від температури
На рис. 10 показана залежність швидкості осадження плівок нітриду кремнію від температури для двох різних співвідношень концентрацій силану і гідразину.
Реакція взаємодії тетраброміда кремнію з азотом. Реакція осадження нітриду кремнію йде при температурі 950 ° С і має вигляд
Рис. 10. Залежність швидкості осадження плівок S13N4 від температури
На рис. 11 показана схема установки для проведення процесу нанесення плівок нітриду кремнію на підкладки з використанням розглянутих реакцій:
SiH 4-T-NH 3; SiCl 4 + NHs; SiH 4 + + N 2 H 4; SiBr 4 + N 2.
Рис. 11. Схема установки для осадження плівок SіNi:
1 - блок очищення водню, 2 - джерело SiCI 4 або SiBr 4; 3 - ротаметри, 4 - крани: 5 - випуск надлишкових газів; S - камера змішувача; 7 - пластини, 4 - нагрівач: 9 - робоча камера
11. Реактивний катодне осадження плівок нітриду кремнію
Перевага цього методу полягає в тому, що реакція між кремнієм і азотом відбувається при кімнатній температурі навколишнього середовища за рахунок енергії газового розряду, між анодом і катодом у робочій камері.
Нанесення плівок нітриду кремнію проводять у спеціальних установках катодного розпилення при постійному струмі з холодним або гарячим катодом.
Для проведення процесу катодного осадження використовують катод з високочистого кремнію у вигляді плоскої пластини великого (80-120 мм) діаметра. Анодом служить підкладка. При подачі на катод високої напруги (1 - 3 кВ) у просторі між анодом і катодом виникає аномальний тліючий розряд, який іонізує газ всередині робочої камери. Специфіка аномального тліючого розряду полягає в тому, що в безпосередній близькості близько катода утворюється настільки сильне електричне поле, що утворилися при розряді позитивно заряджені іони газу, прискорених цим полем і бомбардирующие катод, вибивають з нього не тільки додаткові електрони (необхідні для підтримки розряду), але й атоми матеріалу катода.
Протягом цього процесу кремнієвий катод поступово руйнується. Тому у виробничих умовах, коли процес катодного розпилення використовується тривалий час, катод підлягає заміні після певного терміну служби.
Технологічний процес катодного осадження плівок нітриду кремнію включає в себе попередню відкачування повітря з робочої камери з метою видалення наявних у повітрі забруднень.
Відкачування звичайно проводять до тиску 1,3 · 10 ~ 3 -1,3 · 10 ~ 4 Па, а потім у робочу камеру вводять суміш газів аргону та азоту, попередньо очищених від вологи і кисню. Тиск в робочій камері при цьому встановлюють рівним 1,3-13 Па.
Азот, що бере участь у процесі, є реактивним газом, а аргон використовується для підвищення ефективності процесу розпилення. Вимога щодо відсутності кисню в робочій камері продиктовано тим, що кремній взаємодіє з киснем значно краще, ніж з азотом. Тому навіть незначна кількість кисню в робочій камері призводить до утворення плівки діоксиду кремнію на поверхні підкладки.
На процес катодного осадження впливають катодний струм і відстань між анодом і катодом. При щільності катодного струму 0,2-0,8 мА / см 2 і відстані між анодом (підкладкою) і катодом (пластина кремнію) 2-5 см можна отримати швидкість осадження нітриду кремнію 0,01-0,05 мкм / хв.
Застосування катода з поверхнею, більшою чи рівною поверхні підкладки, дозволяє отримувати обложені плівки нітряда кремнію однакової товщини з розкидом, що не перевищує 5%.
Реактивний іонно-плазмове осадження плівок нітриду кремнію є різновидом катодного способу. Відмінною особливістю реактивного іонно-плазмового способу є те, що високе негативне напруга прикладається не до катода, а до додаткового електрода, званому мішенню. Звідси випливає, що і розпорошується матеріал (кремній) буде служити не катодом, а мішенню.
Другою відмітною особливістю є введення в робочу камеру пристрою для розташування підкладок, на які буде відбуватися осадження нітриду кремнію.
Третя особливість іонно-плазмового способу полягає в тому, що в проміжку між підкладкою і мішенню розташовують анод і катод, між якими створюють несамостійний дуговий розряд. Для цього між анодом і катодом прикладають напруга порядку 100-300 В, а в робочому обсязі створюють тиск 0,13-0,013 Па. У цьому випадку катод емітує електрони, які, взаємодіючи з робочим газом, створюють електронно-іонну плазму.
Позитивні іони плазми бомбардують кремнієву мішень і вибивають з неї атоми кремнію. Вибиті з мішені, вони реагують з азотом, які є всередині робочої камери, і утворюють нітрид кремнію, який осідає на підкладці.
Таким чином, принципових відмінностей між процесами катодного і іонно-плазмового осадження нітриду кремнію немає. Зазвичай розрізняють лише конструкції установок, які характеризують за кількістю робочих електродів як дво-і трьохелектродні.
Початок і кінець процесу осадження плівок нітриду кремнію визначаються подачею і відключенням високої напруги на мішені.
12. Контроль якості захисних діелектричних плівок діоксиду і нітриду кремнію
При використанні захисних діелектричних плівок SiO 2 і Si 3 N 4 в процесах планарної технології піддають контролю три основні характеристики: товщину плівки, наявність в ній наскрізних отворів (пористість) і кількість дефектів на межі поділу кремній - захисна плівка.
Товщина захисту діелектричної плівки є головним критерієм, що визначає максимальну глибину проникнення легуючої домішки в напівпровідникові кристали при проведенні процесу дифузії в планарної технології.
Наявність наскрізних отворів (пір) в захисній плівці призводить до паразитних легування вихідної підкладки і замикання окремих активних областей транзисторних структур інтегральної мікросхеми при проведенні процесів локальної дифузії.
Кількість дефектів на кордоні кремній - захисна плівка пов'язано з щільністю зарядів на цьому кордоні. Збільшення щільності зарядів приводить до погіршення електричних параметрів готових напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем.
Таким чином, контроль розглянутих характеристик захисних діелектричних плівок дозволяє оцінити можливість їх застосування в наступних технологічних процесах.
Контроль товщини захисних діелектричних плівок. Товщина захисних діелектричних плівок визначається за допомогою наступних способів: мікрозважування, інтерферометрії і еліпсометрії.
Спосіб мікрозважування заснований на точному зважуванні підкладки до і після осадження плівки. Товщина плівки
де Pi - маса підкладки без плівки; P 2 - маса підкладки з плівкою; s - площа плівки; d - щільність плівки.
Точність визначення товщини плівки цим способом залежить в першу чергу від чутливості ваг і точності зважування, а також від точності визначення площі плівки та її щільності.
Колірний метод визначення товщини плівок
Найбільш простим з існуючих інтерференційних методів визначення товщини плівок SiCb і S13N4 є колірний. Він заснований на гасить інтерференції білого світла, що падає на поверхню підкладки із захисною плівкою. Колір поверхні плівки S1O2 або S13N4 створюється рівномірним білим світлом за вирахуванням тієї його частини, яка бере участь у гасить інтерференції. Відсутність деяких компонентів спектру білого світла в відбитої хвилі сприймається оком як певний колір захисної плівки. Падаюча і відбита хвилі є додатковими: разом вони дають білий світ.
При нормальному падінні білого світла на поверхню пластини із захисною плівкою умова гасить інтерференції має вид
де d - товщина плівки S1O2 або S13N4; ж - коефіцієнт заломлення плівки S1O2 або S13N4; k = l, 2, 3 - порядок інтерференції; л - довжина хвилі падаючого світла.
Таким чином, певний колір поверхні захисної плівки відповідає її товщині, причому зі збільшенням товщини плівки один і той же колір повторюється зі зміною порядку інтерференції.
Отже, для визначення дійсної товщини необхідно не тільки зафіксувати колір поверхні плівки, а й визначити порядок інтерференції.
Колір поверхні плівки необхідно спостерігати й фіксувати при нормальному падінні світла, так як при косому падінні світла колір плівки змінюється в залежності від її товщини і коефіцієнта заломлення.
Порядок інтерференції на практиці визначають наступним чином. Пластину, наприклад, з плівкою SiO 2, одним кінцем опускають у плавиковую кислоту на 1-2 хв для отримання шару клиноподібної форми. Після цього спостерігають кольору як на однорідної по товщині плівці S1O2, так і на клиновидном ділянці. На однорідному ділянці плівки буде якийсь один колір, а на клиновидном має місце чергування певних кольорів залежно від товщини плівки. За яким-небудь одному повторюваному певну кількість разів кольором смуги (наприклад, червоного або зеленого) судять про порядок інтерференції.
Недоліком колірного методу є те, що визначення кольору плівки залежить від індивідуальних можливостей і особливостей кожної людини.
Відносна помилка колірного методу визначення товщини плівки не перевищує 10%.
Елліпсометріческій метод вимірювання товщини плівок SiO 4 і S 13 N 4 заснований на відображенні лінійно поляризованого променя від поверхні захисної плівки. При відображенні враховується той факт, що компонента, перпендикулярна площині падіння, відбивається інакше, ніж компонента, що лежить в площині падіння. У результаті утворюється еліптично поляризована відбита хвиля. Вимірявши еліптичність відбитої хвилі, можна визначити товщину плівки, що викликала відповідні зміни поляризації падаючої хвилі. Зазвичай для оцінки товщини плівки, тобто для оцінки відбитої хвилі в елліпсометріческом методі, використовуються співвідношення між фазою та амплітудою падаючої хвилі і фазою та амплітудою хвилі, відбитої від поверхні плівки. В якості джерела світла можуть бути використані лазери.
Елліпсометріческій метод дозволяє найбільш точно виміряти товщину плівки. Цей метод зазвичай застосовується для вимірювання плівок, товщина яких на порядок менше, ніж допускають інші методи.
Контроль пористості захисних діелектричних плівок
Наявність наскрізних отворів (пір) в плівках SiCb і Si 3 N 4 є найбільш поширеним видом дефекту, який призводить до значного шлюбу при подальших операціях у планарної технології. Тому потрібен ретельний контроль пластин після операції осадження захисних діелектричних плівок.
Для визначення пористості плівок використовують методи електролітичного осадження міді, дифузійного легування і електрографічний.
Метод електролітичного осадження міді полягає в наступному. Пластину кремнію з нанесеною плівкою SiO 2 поміщають в електроліт, що містить іони міді. На цю пластину подають негативний потенціал. Позитивний потенціал подають на мідну пластину, яка знаходиться також в електроліті і служить другим електродом. У процесі електролізу іони міді осаджуються на кремній у тих місцях, де є наскрізні отвори (пори). За кількістю обложених острівців міді судять про якість плівки, Під мікроскопом визначають кількість пор і їх геометричні розміри.
Метод дифузійного легування полягає у проведенні дифузійного процесу домішки, що створює у вихідному напівпровідниковому матеріалі протилежний тип електропровідності. Після проведення процесу дифузії в тих місцях плівки, де мали місце наскрізні отвори, утворюються локальні р-«-переходи (ділянки з протилежним типом електропровідності). Далі захисну плівку видаляють з поверхні підкладки і за кількістю локальних р-я-переходів судять про кількість пір в плівці.
Розглянуті методи мають істотний недолік - вони виключають можливість використання досліджуваного зразка в подальших технологічних процесах.
Найбільш простим і досить ефективним неруйнуючим методом контролю пористості, що дозволяє точно і швидко визначати місцезнаходження, геометричні розміри і щільність наскрізних отворів у плівках, є електрографічний метод. Цей метод дозволяє виявити наскрізні отвори діаметром до 0,1 мкм.
Методика проведення контролю пористості плівок полягає в накладанні на поверхню пластини з плівкою фотопаперу, попередньо, змоченою в 3-4%-ном водному розчині гідрохінону. До пластині з фотопапером притискають два металеві диски-електрода, через які пропускають електричний струм. Так як фотопапір, змочена в розчині гідрохінону, є провідною, то струм через неї проходитиме лише в тих локальних місцях, де є наскрізні отвори в плівці. Електричний струм, що протікає через пори в плівці, діє на емульсію фотопаперу подібно світловому потоку, утворюючи зображення у вигляді чорних крапок і острівців.
Кількість і розміри дефектів плівки визначають візуально під мікроскопом.
Контроль якості дефектів на межі поділу кремній - захисна плівка. Для здійснення цього виду контролю виготовляють так звані МДП-структури (метал - діелектрик-напівпровідник). На поверхню захисної діелектричної плівки осаджують шар металу.
На таких МДП-структурах вимірюють вольтфарадние характеристики. За зрушенню між теоретичної та експериментальної вольтфарадной характеристиками можна безпосередньо визначити ефективну густина поверхневих станів, в яку входять щільність поверхневих станів на межі напівпровідник - захисна плівка і заряд у плівці.
Швидкість осадження плівки нітриду кремнію залежить від температури проведення процесу і співвідношення між тетрахлорид і аміаком.
На рис. 9 приведена залежність швидкості осадження плівки нітриду кремнію від температури для двох співвідношень між тетрахлорид і аміаком.
Крім тетрахлориду кремнію для осадження плівок нітриду кремнію можна використовувати галогеновані силани типу "Hi-nSiXn, де X - галоген; п = 1, 2, 3, 4. Реакція утворення плівки нітриду кремнію має вигляд
В якості газів-носіїв використовують, як і в попередньому випадку, водень, аргон або азот. Температура проведення процесу осадження для цих реагентів може бути знижена до 750 - Е80 ° С. Швидкість росту плівок нітриду кремнію для цього процесу великою мірою залежить від технологічних режимів.
Реакція взаємодії силану з гідразином. Для осадження яленок нітриду кремнію замість аміаку використовують гідразин N 2 H 4. Реакція в цьому випадку йде за такою схемою:
SiH 4 + N 2 H 4 Si (NH) 2 + ДТ р
2Si (NH) 2 - (SiN) 2 NH + NH 3
3 (SiN) 2 NH - 2Si 3 N 4 + NH 3
При використанні реакції взаємодії аміаку з сіланом температура осадження плівок нітриду кремнію не може бути нижче 750 ° С. Застосування гідразину замість аміаку дозволяє знизити робочу температуру процесу до 550 ° С,. Так як гідразин розкладається при більш низьких температурах. Осадження плівок проводять у кварцовою трубі, через яку пропускають газ-носій і суміш силану з гідразином.
Рис. 9. Залежність швидкості осадження плівок Si 3 N 4 від температури
На рис. 10 показана залежність швидкості осадження плівок нітриду кремнію від температури для двох різних співвідношень концентрацій силану і гідразину.
Реакція взаємодії тетраброміда кремнію з азотом. Реакція осадження нітриду кремнію йде при температурі 950 ° С і має вигляд
Рис. 10. Залежність швидкості осадження плівок S13N4 від температури
На рис. 11 показана схема установки для проведення процесу нанесення плівок нітриду кремнію на підкладки з використанням розглянутих реакцій:
SiH 4-T-NH 3; SiCl 4 + NHs; SiH 4 + + N 2 H 4; SiBr 4 + N 2.
Рис. 11. Схема установки для осадження плівок SіNi:
1 - блок очищення водню, 2 - джерело SiCI 4 або SiBr 4; 3 - ротаметри, 4 - крани: 5 - випуск надлишкових газів; S - камера змішувача; 7 - пластини, 4 - нагрівач: 9 - робоча камера
11. Реактивний катодне осадження плівок нітриду кремнію
Перевага цього методу полягає в тому, що реакція між кремнієм і азотом відбувається при кімнатній температурі навколишнього середовища за рахунок енергії газового розряду, між анодом і катодом у робочій камері.
Нанесення плівок нітриду кремнію проводять у спеціальних установках катодного розпилення при постійному струмі з холодним або гарячим катодом.
Для проведення процесу катодного осадження використовують катод з високочистого кремнію у вигляді плоскої пластини великого (80-120 мм) діаметра. Анодом служить підкладка. При подачі на катод високої напруги (1 - 3 кВ) у просторі між анодом і катодом виникає аномальний тліючий розряд, який іонізує газ всередині робочої камери. Специфіка аномального тліючого розряду полягає в тому, що в безпосередній близькості близько катода утворюється настільки сильне електричне поле, що утворилися при розряді позитивно заряджені іони газу, прискорених цим полем і бомбардирующие катод, вибивають з нього не тільки додаткові електрони (необхідні для підтримки розряду), але й атоми матеріалу катода.
Протягом цього процесу кремнієвий катод поступово руйнується. Тому у виробничих умовах, коли процес катодного розпилення використовується тривалий час, катод підлягає заміні після певного терміну служби.
Технологічний процес катодного осадження плівок нітриду кремнію включає в себе попередню відкачування повітря з робочої камери з метою видалення наявних у повітрі забруднень.
Відкачування звичайно проводять до тиску 1,3 · 10 ~ 3 -1,3 · 10 ~ 4 Па, а потім у робочу камеру вводять суміш газів аргону та азоту, попередньо очищених від вологи і кисню. Тиск в робочій камері при цьому встановлюють рівним 1,3-13 Па.
Азот, що бере участь у процесі, є реактивним газом, а аргон використовується для підвищення ефективності процесу розпилення. Вимога щодо відсутності кисню в робочій камері продиктовано тим, що кремній взаємодіє з киснем значно краще, ніж з азотом. Тому навіть незначна кількість кисню в робочій камері призводить до утворення плівки діоксиду кремнію на поверхні підкладки.
На процес катодного осадження впливають катодний струм і відстань між анодом і катодом. При щільності катодного струму 0,2-0,8 мА / см 2 і відстані між анодом (підкладкою) і катодом (пластина кремнію) 2-5 см можна отримати швидкість осадження нітриду кремнію 0,01-0,05 мкм / хв.
Застосування катода з поверхнею, більшою чи рівною поверхні підкладки, дозволяє отримувати обложені плівки нітряда кремнію однакової товщини з розкидом, що не перевищує 5%.
Реактивний іонно-плазмове осадження плівок нітриду кремнію є різновидом катодного способу. Відмінною особливістю реактивного іонно-плазмового способу є те, що високе негативне напруга прикладається не до катода, а до додаткового електрода, званому мішенню. Звідси випливає, що і розпорошується матеріал (кремній) буде служити не катодом, а мішенню.
Другою відмітною особливістю є введення в робочу камеру пристрою для розташування підкладок, на які буде відбуватися осадження нітриду кремнію.
Третя особливість іонно-плазмового способу полягає в тому, що в проміжку між підкладкою і мішенню розташовують анод і катод, між якими створюють несамостійний дуговий розряд. Для цього між анодом і катодом прикладають напруга порядку 100-300 В, а в робочому обсязі створюють тиск 0,13-0,013 Па. У цьому випадку катод емітує електрони, які, взаємодіючи з робочим газом, створюють електронно-іонну плазму.
Позитивні іони плазми бомбардують кремнієву мішень і вибивають з неї атоми кремнію. Вибиті з мішені, вони реагують з азотом, які є всередині робочої камери, і утворюють нітрид кремнію, який осідає на підкладці.
Таким чином, принципових відмінностей між процесами катодного і іонно-плазмового осадження нітриду кремнію немає. Зазвичай розрізняють лише конструкції установок, які характеризують за кількістю робочих електродів як дво-і трьохелектродні.
Початок і кінець процесу осадження плівок нітриду кремнію визначаються подачею і відключенням високої напруги на мішені.
12. Контроль якості захисних діелектричних плівок діоксиду і нітриду кремнію
При використанні захисних діелектричних плівок SiO 2 і Si 3 N 4 в процесах планарної технології піддають контролю три основні характеристики: товщину плівки, наявність в ній наскрізних отворів (пористість) і кількість дефектів на межі поділу кремній - захисна плівка.
Товщина захисту діелектричної плівки є головним критерієм, що визначає максимальну глибину проникнення легуючої домішки в напівпровідникові кристали при проведенні процесу дифузії в планарної технології.
Наявність наскрізних отворів (пір) в захисній плівці призводить до паразитних легування вихідної підкладки і замикання окремих активних областей транзисторних структур інтегральної мікросхеми при проведенні процесів локальної дифузії.
Кількість дефектів на кордоні кремній - захисна плівка пов'язано з щільністю зарядів на цьому кордоні. Збільшення щільності зарядів приводить до погіршення електричних параметрів готових напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем.
Таким чином, контроль розглянутих характеристик захисних діелектричних плівок дозволяє оцінити можливість їх застосування в наступних технологічних процесах.
Контроль товщини захисних діелектричних плівок. Товщина захисних діелектричних плівок визначається за допомогою наступних способів: мікрозважування, інтерферометрії і еліпсометрії.
Спосіб мікрозважування заснований на точному зважуванні підкладки до і після осадження плівки. Товщина плівки
де Pi - маса підкладки без плівки; P 2 - маса підкладки з плівкою; s - площа плівки; d - щільність плівки.
Точність визначення товщини плівки цим способом залежить в першу чергу від чутливості ваг і точності зважування, а також від точності визначення площі плівки та її щільності.
Колірний метод визначення товщини плівок
Найбільш простим з існуючих інтерференційних методів визначення товщини плівок SiCb і S13N4 є колірний. Він заснований на гасить інтерференції білого світла, що падає на поверхню підкладки із захисною плівкою. Колір поверхні плівки S1O2 або S13N4 створюється рівномірним білим світлом за вирахуванням тієї його частини, яка бере участь у гасить інтерференції. Відсутність деяких компонентів спектру білого світла в відбитої хвилі сприймається оком як певний колір захисної плівки. Падаюча і відбита хвилі є додатковими: разом вони дають білий світ.
При нормальному падінні білого світла на поверхню пластини із захисною плівкою умова гасить інтерференції має вид
де d - товщина плівки S1O2 або S13N4; ж - коефіцієнт заломлення плівки S1O2 або S13N4; k = l, 2, 3 - порядок інтерференції; л - довжина хвилі падаючого світла.
Таким чином, певний колір поверхні захисної плівки відповідає її товщині, причому зі збільшенням товщини плівки один і той же колір повторюється зі зміною порядку інтерференції.
Отже, для визначення дійсної товщини необхідно не тільки зафіксувати колір поверхні плівки, а й визначити порядок інтерференції.
Колір поверхні плівки необхідно спостерігати й фіксувати при нормальному падінні світла, так як при косому падінні світла колір плівки змінюється в залежності від її товщини і коефіцієнта заломлення.
Порядок інтерференції на практиці визначають наступним чином. Пластину, наприклад, з плівкою SiO 2, одним кінцем опускають у плавиковую кислоту на 1-2 хв для отримання шару клиноподібної форми. Після цього спостерігають кольору як на однорідної по товщині плівці S1O2, так і на клиновидном ділянці. На однорідному ділянці плівки буде якийсь один колір, а на клиновидном має місце чергування певних кольорів залежно від товщини плівки. За яким-небудь одному повторюваному певну кількість разів кольором смуги (наприклад, червоного або зеленого) судять про порядок інтерференції.
Недоліком колірного методу є те, що визначення кольору плівки залежить від індивідуальних можливостей і особливостей кожної людини.
Відносна помилка колірного методу визначення товщини плівки не перевищує 10%.
Елліпсометріческій метод вимірювання товщини плівок SiO 4 і S 13 N 4 заснований на відображенні лінійно поляризованого променя від поверхні захисної плівки. При відображенні враховується той факт, що компонента, перпендикулярна площині падіння, відбивається інакше, ніж компонента, що лежить в площині падіння. У результаті утворюється еліптично поляризована відбита хвиля. Вимірявши еліптичність відбитої хвилі, можна визначити товщину плівки, що викликала відповідні зміни поляризації падаючої хвилі. Зазвичай для оцінки товщини плівки, тобто для оцінки відбитої хвилі в елліпсометріческом методі, використовуються співвідношення між фазою та амплітудою падаючої хвилі і фазою та амплітудою хвилі, відбитої від поверхні плівки. В якості джерела світла можуть бути використані лазери.
Елліпсометріческій метод дозволяє найбільш точно виміряти товщину плівки. Цей метод зазвичай застосовується для вимірювання плівок, товщина яких на порядок менше, ніж допускають інші методи.
Контроль пористості захисних діелектричних плівок
Наявність наскрізних отворів (пір) в плівках SiCb і Si 3 N 4 є найбільш поширеним видом дефекту, який призводить до значного шлюбу при подальших операціях у планарної технології. Тому потрібен ретельний контроль пластин після операції осадження захисних діелектричних плівок.
Для визначення пористості плівок використовують методи електролітичного осадження міді, дифузійного легування і електрографічний.
Метод електролітичного осадження міді полягає в наступному. Пластину кремнію з нанесеною плівкою SiO 2 поміщають в електроліт, що містить іони міді. На цю пластину подають негативний потенціал. Позитивний потенціал подають на мідну пластину, яка знаходиться також в електроліті і служить другим електродом. У процесі електролізу іони міді осаджуються на кремній у тих місцях, де є наскрізні отвори (пори). За кількістю обложених острівців міді судять про якість плівки, Під мікроскопом визначають кількість пор і їх геометричні розміри.
Метод дифузійного легування полягає у проведенні дифузійного процесу домішки, що створює у вихідному напівпровідниковому матеріалі протилежний тип електропровідності. Після проведення процесу дифузії в тих місцях плівки, де мали місце наскрізні отвори, утворюються локальні р-«-переходи (ділянки з протилежним типом електропровідності). Далі захисну плівку видаляють з поверхні підкладки і за кількістю локальних р-я-переходів судять про кількість пір в плівці.
Розглянуті методи мають істотний недолік - вони виключають можливість використання досліджуваного зразка в подальших технологічних процесах.
Найбільш простим і досить ефективним неруйнуючим методом контролю пористості, що дозволяє точно і швидко визначати місцезнаходження, геометричні розміри і щільність наскрізних отворів у плівках, є електрографічний метод. Цей метод дозволяє виявити наскрізні отвори діаметром до 0,1 мкм.
Методика проведення контролю пористості плівок полягає в накладанні на поверхню пластини з плівкою фотопаперу, попередньо, змоченою в 3-4%-ном водному розчині гідрохінону. До пластині з фотопапером притискають два металеві диски-електрода, через які пропускають електричний струм. Так як фотопапір, змочена в розчині гідрохінону, є провідною, то струм через неї проходитиме лише в тих локальних місцях, де є наскрізні отвори в плівці. Електричний струм, що протікає через пори в плівці, діє на емульсію фотопаперу подібно світловому потоку, утворюючи зображення у вигляді чорних крапок і острівців.
Кількість і розміри дефектів плівки визначають візуально під мікроскопом.
Контроль якості дефектів на межі поділу кремній - захисна плівка. Для здійснення цього виду контролю виготовляють так звані МДП-структури (метал - діелектрик-напівпровідник). На поверхню захисної діелектричної плівки осаджують шар металу.
На таких МДП-структурах вимірюють вольтфарадние характеристики. За зрушенню між теоретичної та експериментальної вольтфарадной характеристиками можна безпосередньо визначити ефективну густина поверхневих станів, в яку входять щільність поверхневих станів на межі напівпровідник - захисна плівка і заряд у плівці.