WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU

Prezentacja na temat: "WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU"— Zapis prezentacji:

1 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU

2 SiO2 TLENKI WYKORZYSTYWANE
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( TLENKI WYKORZYSTYWANE W BUDOWIE I KONSTRUKCJI STRUKTUR PÓŁPRZEWODNIKOWYCH SiO2 TLENEK KOBALTU Co3O4 TLENEK GALU Ga2O3 TLENEK ALUMINIUM AL2O3 REZYSTANCYJNA STRUKTURA SENSOROWA Atmosfera, gazy toksyczne TLENEK KADMU CdO (SnO2) TLENEK CERU CeO2 (Pt) (TiO2) DWUTLENEK KRZEMU SiO2 TLENEK IRYDU IrO2 (Pt) (TiO2) KRZEMOWY TRANZYSTOR BIPOLARNY 300m 10m emiter kolektor baza Si(EPI) Si n+ n P TLENEK ZELAZA Fe2O3 (Zn, Au, Pt, Pd inne) TLENEK INDU In2O3 (Pt) TLENEK MOLIBDENU MoO3 (In2O3) TLENEK MIEDZI CuO (SnO2) TLENEK NIOBU Nb2O5 (Pt, Pd, RuO2) KRZEMOWA STRUKTURA CMOS TLENEK NIKLU NiO Si typ p SiO2 Si typ n FOX BPSG SOG Szkliwo pasywujące TLENEK WOLFRAMU WO3 (domieszki) TLENEK TELLURU TeO2 (domieszki) TLENEK CYNY SnO2 (Ag, F, In, Ru, Rh, Pt, Pd ,inne ) TLENEK TYTANU TiO2 (Pd, Al, Nb, Pt, WO3, inne ) TLENEK CYNKU ZnO 6

3 WARSTW ZABEZPIECZAJĄCYCH
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Warstwy dielektryczne spełniają ważną rolę w konstrukcji i technologii wytwarzania struktur półprzewodnikowych. Warstwy te pełnią rolę: WARSTW PASYWUJĄCYCH WARSTW MASKUJĄCYCH WARSTW IZOLUJĄCYCH WARSTW ZABEZPIECZAJĄCYCH

4 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WARSTWY PASYWUJĄCE Pasywacja powierzchni, poprzez wytworzenie na monokrysztale dielektrycznej warstwy pasywującej poprawia jakość i powtarzalność wytwarzanych struktur półprzewodnikowych SiO2 Si

5 ATMOSFERA DOMIESZKOWA
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WARSTWY MASKUJĄCE Si Warstwa dielektryczna ma na celu skuteczną ochronę wybranych obszarów półprzewodnika przed penetracją domieszki w czasie procesu domieszkowania. Warstwa musi być podatna na obróbkę fotolitograficzną ATMOSFERA DOMIESZKOWA SiO2 n+ Si p

6 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WARSTWY IZOLUJĄCE SiO2 Warstwa dielektryczna pełni rolę warstwy izolującej elektrycznie obszary pełniące określone funkcje w strukturze przyrządu półprzewodnikowego Si C E B p+ p n+

7 WARSTWY ZABEZPIECZAJĄCE
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WARSTWY ZABEZPIECZAJĄCE SiO2 E B C Rolą warstwy dielektrycznej jest ochrona: przed oddziaływaniem czynników atmosferycznych, przed uszkodzeniami mechanicznymi, przed oddziaływaniem niektórych typów promieniowania n+ p p n n+ p

8 WARSTWY DIELEKTRYCZNE - RODZAJE
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WARSTWY DIELEKTRYCZNE - RODZAJE DWUTLENEK KRZEMU SZKLIWO FOSFOROKRZEMOWE SZKLIWO BOROKRZEMOWE AZOTEK KRZEMU TLENEK ALUMINIUM

9 STRUKTURA KRZEMOWEGO OGNIWA SŁONECZNEGO
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( STRUKTURA KRZEMOWEGO OGNIWA SŁONECZNEGO Ag Si3N4 SiO2 Si-n+ Si-p Si-p+ Ag/Al

10 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU

11 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( W technologii krzemowej w prosty sposób możliwe jest wytworzenie doskonałej jakości warstwy dielektrycznej jakim jest dwutlenek krzemu SiO2

12 UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM”

13 UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM”

14 UTLENIANIE W TLENIE „MOKRYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE W TLENIE „MOKRYM”

15 UTLENIANIE METODĄ „HYDROX”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE METODĄ „HYDROX”

16 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Si

17 T = (800÷1200)°C Si WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( T = (800÷1200)°C CZYNNIK UTLENIAJĄCY Si

18 T = (800÷1200)°C SiO2 Si xo WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( T = (800÷1200)°C CZYNNIK UTLENIAJĄCY SiO2 Si xo

19 T = (800÷1200)°C SiO2 Si xo WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( T = (800÷1200)°C Si xo SiO2 CZYNNIK UTLENIAJĄCY

20 T=20°C SiO2 Si xo WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( T=20°C SiO2 Si xo

21 Si 0.44xo SiO2 Si xo WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Si 0.44xo SiO2 Si xo

22 A B τ x0 – grubość narastającej warstwy tlenkowej
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( A B τ x0 – grubość narastającej warstwy tlenkowej t – czas procesu utleniania A, B, - parametr zależny od warunków prowadzenia procesu

23 Utlenianie w tlenie „suchym”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Utlenianie w tlenie „suchym” 1.0 10 100 0.1 0.01 x0 [m] 0.2µm 1200°C GRUBOŚĆ WARSTWY SiO2 1100°C 1000°C 900°C 800°C t [h] CZAS UTLENIANIA

24 Utlenianie w tlenie „mokrym”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Utlenianie w tlenie „mokrym” 1.0 10 100 0.1 x0 [m] GRUBOŚĆ WARSTWY SiO2 1200°C 0.2µm 1100°C 1000°C 900°C 800°C t [h] 24min 90min CZAS UTLENIANIA

25 Porównanie szybkości narostu tlenku w tlenie „suchym” i „mokrym”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Porównanie szybkości narostu tlenku w tlenie „suchym” i „mokrym” 1.0 10 100 0.1 0.01 x0 [m] 0.4µm MOKRY SUCHY GRUBOŚĆ WARSTWY SiO2 80nm 1000°C t [h] CZAS UTLENIANIA

26 Utlenianie w tlenie „suchym” i „mokrym”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Utlenianie w tlenie „suchym” i „mokrym” DOZOWNIK GAZÓW WODA DI SATURATOR N2 O2 TERMOSTAT

27 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU SATURATOR – „POWIERZCHNIOWY” z o WODA DI TERMOSTAT WODA GRZAŁKA T=20°C 230V

28 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU SATURATOR – „POWIERZCHNIOWY”
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU SATURATOR – „POWIERZCHNIOWY” o z 230V T=95°C WODA DI WODA TERMOSTAT GRZAŁKA

29 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU SATURATOR – „POWIERZCHNIOWY”
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU SATURATOR – „POWIERZCHNIOWY” O2+H2O O2 o z 230V T=95°C WODA DI WODA TERMOSTAT GRZAŁKA

30 WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU O2, TH2O = 95°C 1.0 T=1200°C O2, TH2O = 85°C 0.8 0.6 x0 [m] 0.4 O2, TH2O = 25°C 0.2 „suchy” O2 2.0 4.0 6.0 8.0 10 (t) (min) 1/2

31 UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM” DOZOWNIK GAZÓW T x (800÷1200)°C N2 O2

32 UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM” DOZOWNIK GAZÓW (800÷1200)°C T N2 O2 x

33 UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM” DOZOWNIK GAZÓW (800÷1200)°C T N2 O2 x

34 UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM” DOZOWNIK GAZÓW (800÷1200)°C T N2 O2 x

35 UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM” DOZOWNIK GAZÓW T x (800÷1200)°C N2 O2

36 UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( UTLENIANIE W TLENIE „SUCHYM” I „MOKRYM” DOZOWNIK GAZÓW T x (800÷1200)°C N2 O2

37 BARWA DWUTLENKU KRZEMU KOLOROWY ŚWIAT TECHNOLOGII KRZEMOWEJ
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( BARWA DWUTLENKU KRZEMU Si-SiO2 (d = 280 nm) KOLOROWY ŚWIAT TECHNOLOGII KRZEMOWEJ Si-SiO2 (d = 200 nm) Si-SiO2 (d = 100 nm) Si-SiO2 (d = 97 nm) Si-SiO2 (d = 53 nm) „czysta” pow. Si

38 Tranzystor n-p-n EMITER KOLEKTOR BAZA WYTWARZANIE WARSTW
DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Tranzystor n-p-n p n n+ SiO2 E B C EMITER KOLEKTOR C BAZA B E

39 REZYSTOR BAZA EMITER KOLEKTOR REZYSTOR TRANZYSTOR TRANZYSTOR
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( REZYSTOR BAZA EMITER E B C KOLEKTOR REZYSTOR TRANZYSTOR TRANZYSTOR

40 x01 x02 SiO2 Si WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU
Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( BARWA DWUTLENKU KRZEMU WIĄZKA ŚWIATŁA BIAŁEGO ŚWIATŁO O BARWIE FIOLETOWO-CZERWONEJ O BARWIE ZÓŁTEJ ŚWIATŁO x01 x02 SiO2 Si

41 ŁADUNKI ELEKTRYCZNE W STRUKTURZE SiO2
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Obszar przejściowy SiO2 SiOx Si ŁADUNKI ELEKTRYCZNE W STRUKTURZE SiO2

42 ŁADUNEK STANÓW POWIERZCHNIOWYCH ŁADUNKI ELEKTRYCZNE W STRUKTURZE SiO2
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Przerwanie ciągłości sieci krystalicznej powoduje pojawianie się ładunków elektrycznych ulokowanych w stanach powierzchniowych SiO2 SiOx + + + + + + + ŁADUNEK STANÓW POWIERZCHNIOWYCH Qit Si ŁADUNKI ELEKTRYCZNE W STRUKTURZE SiO2

43 ŁADUNKI ELEKTRYCZNE W STRUKTURZE SiO2
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( Defekty sieci związane z niedoborem tlenu powodują pojawianie się ładunków elektrycznych ŁADUNEK STAŁY TLENOWY Qf SiO2 + + + + + + SiOx + + + + + + + Si ŁADUNKI ELEKTRYCZNE W STRUKTURZE SiO2

44 ŁADUNEK PUŁAPEK RUCHOMYCH ŁADUNKI ELEKTRYCZNE W STRUKTURZE SiO2
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( ŁADUNEK PUŁAPEK RUCHOMYCH Qot + + + - - - SiO2 + + + + + + SiOx + + + + + + + Si ŁADUNKI ELEKTRYCZNE W STRUKTURZE SiO2

45 ŁADUNEK JONÓW RUCHOMYCH
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( SiO2 SiOx Si + - K Na ŁADUNEK JONÓW RUCHOMYCH Qm Jony wbudowane w termiczny tlenek ŁADUNKI ELEKTRYCZNE W STRUKTURZE SiO2

46 ŁADUNKI W TLENKU „BRAMKOWYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( ŁADUNKI W TLENKU „BRAMKOWYM” +UDD +UGG Al S D G SiO2 n SiO2 n+ n+ Si typ p TLENEK BRAMKOWY

47 ŁADUNKI W TLENKU „BRAMKOWYM”
WYTWARZANIE WARSTW DWUTLENKU KRZEMU Dr hab. inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice ( ŁADUNKI W TLENKU „BRAMKOWYM” +UGG Na + Na + K + Na + K + n+ n+