1. שיקוע מפאזה גזית שיקוע מבודדים ומוליכים ליצירת חיבורי ביניים
פרופ’ יוסי שחם
המחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית, אונ’ ת”א.

2. מבודדים תחמוצת סיליקון סיליקון ניטריד פולימרים אורגנים
מבודדים עם מקדם דיאלקטרי נמוך ( LOW-K)

3. תחמוצת סיליקון Crystalline forms: quartz, cristobalite, tridymite
Amorphous: silica (brand name, can be mixed)
Methods of preparation:
Deposition
Thermal oxidation

4. מבנה תחמוצת סיליקון The oxygen atoms are electronegative,
and some of the silicon valence electron density
is transferred to the oxygen neighbors,

5. מבנה מולקולת תחמוצת סיליקון
The Si-O distance is 1.61 A (0.16 nm) which is slightly smaller
than the sum of the covalent "radii" of the atoms:
Si (0.11 nm) + O(0.066 nm) = 0.18 nm

6. תחמוצת סיליקון היא אמורפית
The result of this flexibility in the bridge bonds is that SiO2 can easily form amorphous materials
amorphous silicon dioxide will not crystallize upon annealing at normal temperatures. (process known as "Devitrification" )

7. מבנה תחמוצת סיליקון
The amorphous structure is tends to be very "open": even in thermally-grown oxides, channels exist through which small positive ions such as Na+ and K+ can readily migrate. These ions can move under the influence of electric fields within the gate oxides of MOS transistors, causing shifts in the voltage at which the transistor turns on ("threshold shifts"). Exclusion of such ions is imperative for reliable operation of MOS transistors and integrated circuits.

8. תחמוצת סיליקון r, density = 2.0-2.3 gm/cm3 s = varies widely
EBV >1E7 V/cm in thermal oxides;
Thermal conductivity = W/cm K (bulk)
Thermal diffusivity = cm2/sec (bulk)
CTE = ppm/ K
n = [thermal oxide]
er = [thermal oxide];
note: properties of CVD oxides vary widely depending on H

10. ראקציות עם מים
The first reaction has little change in enthalpy and is nearly reversible; locally strained bonds, with reduced bond energy, are particularly vulnerable to attack by water ("hydrolysis"). Oxides containing large amounts of SiOH are more hygroscopic, and readily adsorb water molecules from the air.
The water can migrate through the deposited materials to the gate oxide, there causing drifts in performance of transistors under bias, impairing hot electron reliability, also known as gate oxide integrity or GOI. The water molecules can, however, be consumed by the reactions with Si-H groups: this is the basis of the use of silicon-rich oxides as water getters or barriers.

11. תחמוצות סיליקון עם סימום
Phosphosilicate glass (PSG) flows readily at C for 6-8 weight% P
Borophosphosilicate glass (BPSG) can achieve a lower flow temperature: typically around 900 C for 4-5 wt.% of each dopant. (notethat 4 weight % of boron is a very large mole percentage -- around 12 at.% depending on composition-- because B atoms are so light.)

12. שיטות לשיקוע מבודדים

15. Ideal gas law: PV = NRT

16. תאוריה קינטית של הגזים (I)
פילוג המולקולות בגז:
מהירות ממוצעת

17. תיאוריה קינטית של הגזים (II)
שטף המולקולות לס”מ רבוע לשניה
משוואת KNUDSEN :
מרחק ממוצע בין התנגשויות:

18. Notations N = number of moles (or molecules)
v = absolute value of the velocity m = molecular mass k = Boltzmann's constant, 1.38E-23 J/K
R = universal gas constant M = molar mass n = molar volume N/V a = effective molecular diameter

19. במה תלוי השיקוע ?
תהליכי CVD תלויים ב- PRECURSORS - המרכיבים של הפאזה הגזית.
מרכיבים אלו נעים בדיפוזיה (DIFFUSION) או הסעה (CONVECSTION)
קצב השיקוע תלוי בתנועת המרכיבים בפאזה הגזית (TRANSPORT LIMITED) או בקצב הריאקציה REACTION LIMITED )
קצב השיקוע תלוי בחום - תהליכי דיפוזיה, הסעה וקרינה
קצב השיקוע תלוי באור - תהליכים פוטוכימיים, חימום.

20. שכבת הגבול (I)
ליד הפרוסה או קירות הראקטור נוצרת שכבת גבול בה מהירות הזרימה איננה קבועה

21. רוחב שכבת הגבול u=h/r, kinematic viscosity h =viscosity, r=density
Re is a measure of the relative size of the momentum diffusion length and the system.
Note also that the boundary layer grows as the square root of the distance downstream.

22. תאור סכמטי של מערכת CVD

23. הסעה

24. דיפוזיה

25. דיפוזיה והסעה

26. דיפוזיה

27. תלות מקדם הדיפוזיה בטמפרטורה ובלחץ
k= Boltzmann’s constant
m = mass
T = Temperature
P = pressure
a = Diameter
Typical values of D:
ֵ 0.1 to 1 1 atm
ֵ 75 to Torr

28. הסעה - מספר ריינולדס
Small Re (<10) Large Re

29. מודל זרימת הגז בראקטור
זרימה אחידה: מתארת יפה זרימה עם מספר ריינולדס נמוך בכניסה למערכת
זרימת Poiseuille: מתארת יפה זרימה עם מספר ריינולדס נמוך במרחק גדול מהכניסה

30. הולכת חום (I)
קרינה
הולכה

31. הולכת חום (II)
הסעה טבעית הסעה מאולצת

32. הספקת המקור הגזי
1. מקור גזי
2. מקור נוזל:

33. APCVD

34. שיקוע מפאזה גזית באטמוספירה (APCVD)

35. APCVD (II)

36. השפעת ממדי האלקטרודות

37. האיכול יכול להיעשות ע”י יונים, רדיקלים נייטרלים ומולקולות נייטרליות

38. הפעלת שדה AC ביצירת פלזמה

39. מתח התפרקות באוויר

40. פילוג האנרגיות בפלזמה
אנרגיה [KeV]

41. יונים משנים תורמים לפלזמה

42. בניית פלזמה גזית בין לוחות

43. אלקטרונים מוחזרים ממחסום הפוטנציאל

44. יחס המתחים הפוך ליחס שטחי האלקטרודות

45. מערכת פלזמה כנגד RIE

46. מערכת עם שני תדרים

47. ריאקציה בשיווי משקל

48. ריאקציות יכולות לאכל ולשקע

49. לחצים חלקים של גזים טיפוסיים

50. תכנון שיקוע סלקטיבי

51. שינוי באנרגיה החופשית

52. שיקוע מפלזמה בריכוז גבוה (HDP)

53. קצב השיקוע והאיכול יחסי לזווית הפגיעה של ה- PRECURSORS

54. התקדמות פני השטח בתהליך HDP
שיקוע מהיר איכול איטי
איכול מהיר שיקוע איטי
איכול ושיקוע איטיים

55. ריאקטור HDP

56. מערכות שיקוע - תנור הוריזונטלי

57. מערכות CVD

58. שיקוע מפאזה גזית (I) 2. 1.

59. 4. 3.

60. מערכות אופקיות

61. מערכות אופקיות (II)

62. טכנולוגית פלזמה (I)

63. מולקולת אמוניה

64. שיקוע טיטנים ניטריד מפאזה גזית
TiN + byproducts

65. שיקוע טיטנים ניטריד מפאזה גזית
TiN + byproducts

66. שיקוע מגע W

67. שיקוע שער עם W סיליסייד

68. שיקוע סלקטיבי בתוך מגע - שלב I

69. שיקוע סלקטיבי בתוך מגע - שלב II

70. אמינות של מגע W

71. אמינות של מגע W - היווצרות VOID

72. TEOS-Tetra Ethyle Ortho SIlicate

73. TEOS CVD

74. שיקוע תחמוצת על משטח בעזרת TEOS

75. TEOS - CVD (3)

76. הוספת אוזון מעלה את קצב השיקוע
TEOS +OZONE CVD
הוספת אוזון מעלה את קצב השיקוע

77. ריאקצית השיקוע

78. המאמץ בשיכבה

79. High K materials (I)

80. קבל אגירת מטען ל- DRAM

81. חומרים לקבלי אגירה

82. אופני הפעלת ריאקטור CVD

83. SiO2 CVD from Silane +oxygen

84. SiO2 CVD from Silane +oxygen

85. SiO2 CVD from Silane +oxygen (3)

86. תלות קצב השיקוע

87. Magnetic enhancement

88. נזק ע”י פלזמה