В технологии интегральных схем
Диоксид кремния – одно из повсеместно встречающихся веществ. Кристаллический диоксид кремния, существующий в нескольких формах: кварц, кристобалит, тридимит – важная составляющая очень многих полезных ископаемых и драгоценных камней. Песок, состоящий главным образом из кварца, служит основой для производства стекла (обычно с добавлением оксида натрия для понижения температуры плавления). Развитие планарной технологии электроники и современной промышленности интегральных схем повлекло за собой открытие уникальных свойств диоксида кремния:
– материал устойчив в воде;
– при высоких температурах является превосходным электрическим изолятором;
– способен к формированию почти совершенной электрической границы раздела с подложкой.
В диоксиде кремния удачно сочетаются такие качества, как высокая химическая стойкость в окислительной среде и склонность к стеклообразованию, способствующая формированию беспористых пленок. Он легко растворяется в плавиковой кислоте . Это дает возможность изготовления из
масок с использованием технологии фотолитографии. В то же время по отношению к смеси
такие маски из диоксида кремния практически стабильны, что позволяет использовать их при селективном травлении кремния. Кроме того, маски из диоксида кремния применяются при проведении диффузионного или ионно-лучевого легирования, обеспечивая локальное по поверхности легирование только не защищенных маской участков подложки. Другой важной функцией, которую выполняют слои
на поверхности кремниевой подложки, является защита р–n-переходов, активных и пассивных элементов интегральной схемы. Кроме перечисленных применений, слои
служат изолирующим основанием для контактных площадок и проводящих коммутирующих металлических соединений.
Пленки на кремнии могут быть получены термическим или катодным распылением кремния в разреженной кислородной атмосфере, катодным распылением диоксида кремния, различными методами химического осаждения из газовой фазы (пиролизом силана или кремнийорганических соединений в окислительной атмосфере, гидролизом галогенидов кремния). К методам собственно окисления кремния относится электрохимическое (анодное) оксидирование, а также окисление в кислородной плазме тлеющего разряда при относительно низких температурах (порядка 300...400 °С). В этой лабораторной рабо-
те пленки получаются методом термического окисления кремния. Такие пленки используются, например, в качестве подзатворного диэлектрика в технологии изготовления интегральных схем металл –окисел – полупроводник (МОП).
Структурное качество пленок термического определяется содержанием микродефектов трех видов: 1) пор, причинами которых могут быть загрязнения или дефекты на окисляемой поверхности кремния; 2) границ кристаллов, возникающих вследствие склонности стеклообразной пленки к рекристаллизации; 3) микротрещин, формирующиеся из-за несоответствия коэффициентов термического расширения подложки и пленки. Наличие дефектов осложняет использование оксидной пленки в качестве маскирующего, изолирующего или пассивирующего слоя (поскольку поры являются каналами для диффузии, снижают пороговое напряжение пробоя вследствие возможных замыканий, не обеспечивают герметичность структуры).
Некоторые важнейшие свойства :
– плотность 2,0...2,3 г/см3;
– ширина запрещенной зоны больше 8 эВ;
– электрическая проводимость изменяется в широких пределах: поле пробоя больше В/см в термическом
и около
В/см
в , полученном химическим осаждением из газовой фазы;
теплопроводность Вт/(см
K) (в объеме);
коэффициент диффузии см
/с (в объеме);
коэффициент термического расширения 1/K;
коэффициент преломления (термический оксид);
относительная диэлектрическая проницаемость .