КР1 / Окисление кремния

4

3.6. Методы получения окисных пленок кремния

Окисные пленки кремния применяют в качестве маскирующих покрытий при локальной эпитакоии и локальном газовом травлении, для защиты и пасси­вации поверхности полупроводников, в качестве рабочего элемента в приборах на основе структур металл — окисел — полупроводник, для диэлектрической изоляции активных и пассивных элементов ИС; легированные окисные пленки — в качестве источника примеси при диффузии. Методы получения окисных пле­нок кремния приведены на рис. 3.32.

Особое место занимают методы высокотемпературных реакций с кислоро­дом.

При термическом окислении кремниевые пластины нагревают в кварцевой трубчатой печи приблизительно до температуры 1473 К и окисляют в потоке сухого или влажного кислорода (рис. 3.33).

Скорость роста сухой окисной пленки составляет (рис. 3.34) 0,2 мкм/ч для сухого и приблизительно 1 мкм/ч для влажного кислорода. Оптимальная тол­щина пленки ограничена сверху необходимой адгезионной прочностью (трещи­ны недопустимы), снизу — скоростью проникновения атомов примеси в пленку кварца.

Схема установки термического окисления кремниевых пластин с ис­пользованием трихлорэтилена: 1 — термостат; 2 — резервуар с трихлорэтиленом; 3 — пласти­ны; 4— реакционная камера

Принцип тер­мического окисления: 1 — кран; 2 — измеритель скорости потока; 3 — термостат; 4 — кварцевый бал­лон; 5 —кварцевая труба; 6—пластины кремния; 7— печь нагревательная; 8 — ог­раничитель встречного те­чения

Рис. 3.34. Зависимость роста тол­щины S окисла кремния от време­ни t и температуры при нормаль­ном давлении

Окисление при высоком давлении. Преимущество высокого давления (2-Ю⁵ Па) состоит в снижении температуры процесса, что приводит к сниже­нию числа дефектов, возникающих в кремнии. Соотношение между толщиной окисла и давлением пара при постоянном времени окисления приведено на рис. 3.35. Толщину наросшей пленки окисла можно оценить по зависимостям:

где К — скорость поверхностной реакции; Ni — число молекул окислителя, не­обходимое для образования окисла в единичном объеме (для получения диок­сида кремния требуется концентрация молекул кислорода 2,2·10²² см ^-3 или концентрация молекул воды 4,4·10²² см ^-3); С — максимальная концентрация окислителя в газе при данной температуре; t — время проведения процесса окис­ления; A~2D/K; B=2DC/Ni; r=(Zi + A _Zi )/B; Zi = 20 нм для сухого и Zi =0 для влажного кислорода.

Рис. 3.35. Зависимость толщины окисла S от давления пара для ориентации (111) (прямые /) и (100 ) -(прямые 2) в кремнии