3.2.2 .Oxy hóa nhi t
3.8.Các ph ng pháp to màn gm ng: Bay h i, phún x
3.8.1. M u
Màng m ng kim lo i ph trên b m t phi n bán d n nh m m c ích n i các vùng khuy ch tán P và N v i nhau. Màng kim lo i c cách n v i silic b ng l p oxide tr các v trí ti p xúc tr c ti p v i silic. Ngồi m c ích làm các ng d n n i h p m ng, màng kim lo i c ng c dùng làm vùng m hàn dây t chip ra v v i các m ch ph c t p, có th ph i c n n hai ho c nhi u h n l p d n n kim lo i.
Khi s d ng làm d n n i h p m ng,màng m ng kim lo i c n áp ng nh ng òi h i sau ây:
- Màng ph i d n n r t t t.
- Màng ph i t o ti p xúc thu n tr t t v i c lo i N và lo i P. - Màng ph i dính bám t t v i c silic và l p oxide silic. - Có th t o hình dáng b ng ph ng pháp quang kh c. - Có th hàn dây vào màng n i v i chân ngoài c a IC. - D t o màng và màng ph i ph t t các b c thang oxide.
- Màng ph i n nh và không ph n ng v i v t li u v và dây hàn. - Màng ph i ch u c m t dòng cao.
hai nguyên nhân. Nguyên nhân u tiên là kh n ng ph kín các b c thang, k t qu là b m t c n ph kim lo i tr nên m p mô h n. Kh n ng các màng kim lo i nh n b ng bay h i ph lên c u trúc nh v y r t kém nhi u khi không bám lên c các vách th ng ng. Ngoài ra, v i ph ng pháp bay h i c ng khó có th ch t o màng m ng h p kim có nh ng tính n ng cho tr c, mà nh ng màng m ng này ngày càng c s d ng nhi u trong công ngh silic.
3.8.2. Bay h i trong chân không
Thi t b bay h i n gi n c trình bay trên hình 3.35. Các phi n silic c a vào trong bu ng chân không cao nh n b ng b m khu ch tán ho c m nhi t th p. Các h b m khu ch tán th ng có b y l nh tránh h i u c a b m bay vào bu ng. V t li u c n k t t a c t i vào chén nung.
Chén nung có th c t nóng b ng lị n tr . V t li u c nung nóng
n khi bay h i. Vì áp su t trong bu ng chân không th ng c 10-5 mmHg, các nguyên t v t li u bay th ng lên và tích t thành màng trên b m t . Các h chân khơng có th c trang b 4 chén nung và cùng lúc có th k t t a màng cho 24 phi n. H n n a, n u c n t o màng h p kim, có th s d ng nhi u chén nung cùng m t lúc. kh i ng và k t thúc quá trình bay h i m t cách
Hình 3.35. S h bay h i s d ng b m khu ch tán.
3.8.2.1. Th ng hoa và bay h i
Khi nhi t t ng v t li u bình th ng tr i qua tr ng thái (pha) r n, l ng và khí. m i nhi t t n t i áp su t h i bão hòa (cân b ng) trên m t v t li u. Khi k t t a màng nhi t m u th p h n nhi t nóng ch y, quá trình c g i là th ng hoa. Khi k t t a màng nhi t nóng ch y v t li u thì ây là q trình bay h i. Cơng ngh bán d n s d ng bay h i vì lúc ó áp su t h i cao h n và do ó t c k t t a c a màng là ch p nh n c. Hình 3.36 ch ra
ph thu c áp su t h i cân b ng vào nhi t c a các nguyên t khác nhau. nh n c t c k t t a h p lí, áp su t h i c a m u ph i có giá tr ít nh t là 10mTorr.T hình v ta th y r ng m t s v t li u ph i c nung nóng n nhi t cao h n nhi u các v t li u khác có cùng áp su t h i. Các v t li u khó nóng ch y nh : Ta,W,Mo và Ti có nhi t nóng ch y r t cao và do ó có áp su t h i th y nhi t trung bình. có áp st h i 10mTorr
Bu ng chân không Phi n t li u b c bay Chén nung Van x khí m s p m c h c y l nh m khuy ch tán
100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Na In Ag Ga An NI Cr Pt W Mo Ti Al Hình 3.36. Áp su t h i c a m t s v t li u bay h i thông d ng. 3.8.2.2. T c k t t a
ph n t khí i qua m t m t ph ng n v trong m t n v th i gian c cho b i: Jn= kTM P π 2 2
Trong ó P là áp su t trong bu ng; M là nguyên t l ng. Ph ng trình trên có th dùng miêu t t c m t mát nguyên t t ngu n bay h i.
Nhân Jn v i kh i l ng phân t cho ta bi u th c Langmuir v t c bay h i kh i l ng: RME= Pe kT M π 2
Trong ó Pe là áp su t h i cân b ng c a v t li u chén nung.
ây ta có th d dàng tính t c t n hao (m t mát) kh i l ng chén nung: RML=∫ Pe kT M π 2 dA= k M π 2 ∫ PTe dA
Trong ó tích phân c l y theo b m t c a kh i v t li u bay h i trong chén. Bi u th c trên có th vi t l i n u gi thi t (góc m ) mi ng chén có di n tích khơng i A: RML= k M π 2 T Pe A tìm t c k t t a trên b m t phi n, ta c n xác nh t ph n v t li u xu t phát t chén nung tích t trên m t phi n. V i bu ng chân không siêu cao, vi c xác nh giá tr này t ng i d dàng. Áp su t th p v t li u bay i t chén bay th ng n b m t phi n . N u gi thi t r ng toàn b ph n t li u bay n m t phi n u dính bám l i trên phi n, t c có th tính
c t các thơng s hình h c.
có t c k t t a l n c n ph i nâng nhi t c a ngu n(chén nung) lên r t cao. Khi ó áp su t h i ngay trên b m t chén cao vùng này có th coi là ch dòng nh t. Bay h i ch này có th d n n là v t li u bay h i ng ng t thành gi t. N u các gi t này bay n và dính bám vào m t phi n, hình thành b m t màng có th r t x u. có ng u t t nh t, c n bay h i t c th p.
3.8.2.3. Ph b c thang:
t trong nh ng h n ch c a ph ng pháp bay h i là kh n ng ph b c thang. Hình 3.37 miêu t hình d ng c a màng k t t a trên b c thang. B c thang ây là c a s ti p xúc c n mòn trong l p cách n cho n bán d n.Trong ph m vi kích th c ~1µm có th coi chùm v t li u t i là song song. Gi thi t các nguyên t v t li u b t ng trên b m t phi n, s có hi n ng bóng và màng th ng b t n trên m t phía c a ti p xúc nh hình 3.37a. ây là v n c bi t h tr ng vì khâu ph màng kim lo i là nh ng giai n cu i cùng c a quy trình ch t o.
(a) (b) Hình 3.37. Màng bay h i trên b c thang:
(a) Tr ng h p nhi t th p, (b) Nhi t cao và quay .
Ph ng pháp c s d ng c i thi n ph b c là quay phi n trong quá trình bay h i. Giá phi n hình ch m c u c thi t k sao cho có th quay phi n xung quanh nh c a bu ng chân không. T c k t t a trên vách tuy v n nh h n t c k t t a trên m t ph ng nh ng ng u theo tr c hình 3.37b. M t thơng s quan tr ng là t s gi a chi u cao và chi u r ng b c. T s này càng nh h n 1 thì ng u c a màng càng t t.
3.8.2.4. Các k thu t t chén nung (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có 3 lo i t chén nung: H n tr , h c m ng và chùm n t . H t nóng b ng n tr là n gi n nh t.
i bu ng chân khơng cao, có th thi t k m t h bay h i n gi n g m i t nh . V t li u bay h i có th d ng thanh nh ho c dây g n t trên s i
V t li u bay h i
S i t
V t li u bay h i thuy n
Hình 3.38.Ngu n bay h i n tr : (a) S i t; (b) Thuy n.
Thu n ti n h n có th dùng thuy n n tr nh hình 3.38b. Do s i t ho c thuy n ph i ch u nhi t cao nên có v n i v i ph ng pháp n tr là hi n t ng bay h i và nh khí c a b n thân s i t ho c thuy n nung. u v t li u c n bay h i là nhơm, có áp su t h i thích h p ch c n cơng su t t v a ph i.tr ng h p c n bay h i v t li u khó nóng ch y, nhi u khi khơng th có v t li u làm s i t.
Hình 3.39. Chén nung b ng c m ng.
t trong nh ng ph ng pháp t nhi t ngu n cao h n là s
ng chén nung t b ng c m ng. Nh c trình bày trên hình 3.39, v t li u n bay h i c cho vào chén nung th ng c làm b ng Nitrit Bo (BN). i dây kim lo i c qu n xung quanh chén và ngu n cao t n i qua cu n m, t o ra dịng Phucơ và t nóng v t li u c n bay h i. tránh hi n t ng bay h i cu n c m, có th làm ngu i b ng n c gi nhi t c a nó d i 1000C.
Hình 3.40. Ngu n bay h i b ng chùm tia n t .
Tuy k thu t t nóng b ng c m ng cho phép t ng nhi t chén nung lên cao có th bay h i các v t li u khó nóng ch y, vi c nhi m b n v t li u bay h i t chính v t li u làm chén v n là v n nan gi i. V n này có th kh c ph c b ng cách ch nung v t li u bay h i, còn làm ngu i chén. th c hi n vi c này ng i ta s d ng k thu t bay h i b ng chùm tia n t ,
i ngu n bay h i thông d ng c miêu t nh hình 3.40.
t sung n t phía d i chén nung phát ra chùm n t c ng cao và n ng l ng cao. Vi c b trí s t phía d i làm gi m thi u k t t a
t li u s i t lên b m t phi n. T tr ng m nh lái chùm tia n t l ch 2700 chi u lên b m t v t li u bay h i. Có th quét chùm tia trên v t li u
c trong ph ng pháp bay h i b ng chùm tia n t , s i t v n là ngu n nhi m b n trong bu ng chân không, c bi t khi chân không siêu cao. t s v n khác c ng r t nghiêm tr ng trong cơng ngh silic, ó là sai ng do b c x . B c x ây là do n t b kích thích m nh trong v t li u bay h i khi tr v tr ng thái c b n thì phát ra tia X. Vì các tia X s gây ra sai ng trong và trong l p n môi nên các h bay h i b ng chùm tia n t không th s d ng trong công ngh MOS và công ngh khác nh y c m i v i lo i sai h ng này.
Thơng th ng nên có nhi u ngu n bay h i trong m t h , k c khi ch dùng m t ngu n m i l n. Nh v y có th k t t a các v t li u khác nhau mà không c n s d ng bu ng chân không cao. i v i h n tr , có th s d ng p chuy n m ch công su t, v i m i chén nung có cu n t riêng. Các h bay i b ng chùm n t r t thích h p v i ng d ng này vì r t d lái chùm n t ngu n này sang ngu n khác nh th t nh n ho c b ng t tr ng. M t khác, có th di chuy n các ngu n khác nhau n v trí chùm n t b ng c
u c h c.
3.8.2.5. Màng m ng a thành ph n:
Có 3 ph ng pháp ch t o màng m ng h p kim. n gi n nh t là bay i v t li u có áp su t h i t ng t nhau ví d : Al và Au, t ngu n h p kim ng ng trong m t s ng d ng, khi ch t o ti p xúc Ohmic cho GaAs, áp su t h i c a thành ph n h p kim là khá g n nhau và s thay i thành ph n p kim là ch p nh n c. Tuy nhiên, m t s tr ng h p khác không ph i nh v y ví d nh : TiW. Khi nhi t chén nung là 25000C, áp su t h i c a Ti kho ng 1 torr, trong khi ó áp su t h i c a W ch có 3× 10-6torr. Lúc âu g n nh ch có h i c a Ti, sau ó do thành ph n dung d ch nóng ch y thay i, thành ph n màng k t t a c ng thay i theo.
n c b n ây là s khác nhau v áp su t h i c a các thành ph n khác nhau. R t khó kh ng ch chính xác thành ph n c a h n h p. Trong k thu t ng bay h i, nhi u ngu n ho t ng ng th i k t t a màng h p kim.Thí d k t t a màng TiW ng i ta s d ng 2 chén nung,m t chén ch a
W và m t chén ch a Ti, hai nhi t khác nhau.Tuy làm nh v y có th c i thi n áng k ch t l ng màng, áp su t h i v n là bài tốn khó và t c k t a v n là t c k t t a là vô cùng nh y c m v i nhi t bay h i. i v i màng n nguyên t , t c k t t a tuy t i không quan tr ng vì có th s
ng ng h o chi u dày màng óng m lá ch n.Trong quá trình ng
bay h i m b o thành ph n màng, c n kh ng ch chính xác nhi t
ngu n bay h i.
t ph ng pháp ch t o màng a thành ph n khác là k t t a t ng p.Vi c này có th th c hi n c trong nhi u h ngu n b ng cách m và óng lá ch n. Nhi u l p màng r t m ng c k t t a xen k nhau.Sau khi k t thúc q trình bay h i ,có th t o h p kim b ng cách nâng nhi t m u các thành ph n khu ch tán vào nhau. Q trình này ịi h i phi n ph i ch u ng
c công n x lý nhi t cao.
3.8.3. Phún x
Phún x là ph ng pháp có th thay th ph ng pháp bay h i t o màng kim lo i trong công ngh vi n t .
3.8.3.1. u m c a ph ng pháp phún x (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- V n t c l ng ng cao nh các cathode hi n i và bia c thi t k h p lý. - Có kh n ng t o màng h p kim có thành ph n ph c t p.
- Có th t o màng a kim lo i có nóng ch y và nhi t nóng ch y cao.
- T o c màng ng kính l n (200mm), ng th i ki m soát c chính
xác dày c ng nh s ng u c a màng.
- Kh n ng s d ng h a ch c n ng nh làm s ch các ti p xúc tr c khi t o ng d n b ng kim lo i.
- ch t o ng d n b ng h p kim c a nhôm, và các ti p xúc kim lo i thì khơng có k thu t nào b o m t t c các u m trên nên ph ng pháp phún
3.8.3.2. H phún x n gi n
Hình 3.41. H phún x n gi n
bao g m m t bu ng chân không ch a lò ph n ng Plasma b n c c song song, c thi t k sao cho các ion n ng l ng cao b n phá bia làm t
t li u c n k t t a.
Quy trình t o màng:
Th ng ban u ng i ta hút chân không trong bu ng xu ng c 10-6 torr, sau ó th khí tr (Ar) vào bu ng n áp su t c 10-1-10-2torr.
Khí Ar b ion hóa d i tác d ng c a n tr ng cao, v i n áp m t chi u V = 5KV ho c ngu n cao t n V ~ 1.5KV, t n s 13,65MHZ.