Термическое (высокотемпературное) окисление позволяет получить на поверхности кремневых пластин плёнку диоксида кремния SiO2. Окислением выполняется в эпитаксиальных или диффузионных установках, пропуская над поверхностью пластины кислород, водяной пар или их смесь (влажный кислород) при температуре Т= 1000…1300 оС.
Плёнка SiO2 прозрачна и имеет блестящую стеклянную поверхность и при толщине в десячтые доли мкм, кажется окрашенный в следствии интерференции света отраженного от её поверхности и поверхности кремния, по этой окраске можно приблизительно определить её толщину.
Например: зелёный цвет соответствует толщине 0,27 мкм.
Диоксид кремния и кремний имеют близкий коэффициент расширения, благодаря чему не происходит механических повреждений плёнки при изменении температуры.
Диэлектрическая проницаемость SiO2 составляет 0,3 пф/см, а электрическая прочность 600 В/мкм. В плёнке SiO2 в близи границы раздела с кремнием существует положительный заряд, образованный ионами Si, он называется – фиксированный поверхностный заряд.
Слой SiO2 защищает поверхность кремния от проникновения посторонних химических веществ и влаги.
Основное назначение плёнок двуокиси кремния (SiO2) в планарной технологии ИС состоит в их маскирующих и защитных функциях. Поскольку плёнки SiO2 располагаются непосредственно на поверхности кремния, для их создания можно использовать метод реактивной диффузии в кремний кислорода или паров воды. В результате этой диффузии, проводимой при высоких температурах, и химических реакций окисления на поверхности кремния образуется плёнка SiO2. Метод получил название термического окисления кремния.
Скорость окисления соответствует двум законам: линейному для более тонких плёнок и параболическому для толстых плёнок.
Для теоретического обоснования было предложено множество моделей, основанных на объемной диффузии заряженных частиц или нейтральных пар, а также эффектах туннелирования электронов, кинетике адсорбции, образования пространственного заряда, изменении граничных концентраций диффундирующих частиц в зависимости от толщины пленки и многих других.
Одним из приборов, в которых используются сверхтонкие слои двуокиси кремния толщиной 2 - 5 нм являются энергонезависимые элементы памяти. Обычно для этих целей в применяется многослойная структура металл - нитрид кремния - двуокись кремния - кремний (МНОП транзистор). SiO2 в данной системе позволяет произвести контролируемую инжекцию заряда в нитрид кремния при подаче высокого потенциала на затвор транзистора (цикл записи или стирания информации) и препятствует растеканию этого заряда в отсутствии потенциала на затворе (хранение информации).
Толстые окисные пленки получают, как правило, во влажной атмосфере при повышенном давлении. По своим свойствам они более пористые, имеют меньшие значения напряженности пробоя. Такие пленки используются в биполярной технологии для создания окисной изоляции и в МОП технологии - для выращивания толстых изолирующих слоев. Верхний предел по толщине для термического окисления составляет 1-2 мкм. Пленку такой толщины получают при давлении 2*106 Па при окислении в парах воды и температуре 900 ºС в течение 1 - 2 часов.
Основными контролируемыми параметрами пленок являются: коэффициент преломления, химический состав пленки, пористость, плотность, скорость травления, напряженность поля пробоя.
Характеристиками плёнок SiO2 являются: удельное сопротивление, напряжённость поля пробоя (электрическая прочность). Маскирующие свойства определяются коэффициентом диффузии основных донорных и акцепторных примесей в SiO2 и Si.
Толщину плёнок SiO2 обычно определяют цветовым методом. При освещении пластины кремния с плёнкой SiO2 на поверхности равномерным нормально падающим белым светом окраска плёнки создаётся той частью спектра излучения, которая не ослабляется при интерференции.
Процесс термического окисления включает в себя диффузию окислителя из газовой среды к поверхности подложки – поток F1, диффузию окислителя через уже выросший слой SiO2 – поток F2 – и химическую реакцию на границе раздела SiO2-Si - поток F3. В стационарном состоянии обеспечивается равенство этих потоков.
Советуем почитать:
Разработка мероприятий по повышению эффективности деятельности ОАО Московская Городская Телефонная Сеть Актуальность темы. В настоящее время активно развивается коммерческий сектор телекоммуникационного рынка России, представленный на региональных рынках как мультисервисными, так и с ...
Применение метода вейвлет-кодирования для сжатия и реконструкции физиологической информации, передаваемой по каналу радиотелеметрии Современная медицина неразрывно связана с применением различных диагностических и терапевтических приборов и тенденция к дальнейшему внедрению технических средств в медико-биологическую прак ...