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 .