Термическое оксидирование

Оксидирование кремния (Si) — процесс создания оксидной плёнки (диоксида кремния SiO₂) на поверхности кремниевой подложки.

Задача оксидирования — вырастить высококачественный слой оксида на подложке из кремния. Оксид кремния получается в процессе химической реакции между кислородом и кремнием. Кислород содержится в окислительной среде, с которой контактирует поверхность подложки, нагретой в печи. В качестве окислительной среды обычно используется сухой или влажный (с паром) кислород.

Химическая реакция

Термическое оксидирование кремния обычно производят при температурах между 800 и 1200°C. В результате получается слой высокотемпературного оксида (High Temperature Oxide layer). Это может производиться как в парах воды, так и когда в роли окислителя выступает молекулярный кислород, что, соответственно, называется влажным (wet) или сухим (dry) окислением. При этом происходит одна из следующих реакций:

{\rm {Si+2H_{2}O\rightarrow SiO_{2}+2H_{2\ (g)}}}

{\rm {Si+O_{2}\rightarrow SiO_{2}}}

Окислительная среда может также содержать несколько процентов соляной кислоты. Хлор удаляет ионы металла, что могут присутствовать в оксиде.

Применение слоёв SiO₂

Слои диоксида кремния используются в электронике:

как маска для диффузии легирующих примесей
для пассивации поверхности полупроводников
для изоляции отдельных элементов СБИС друг от друга
в качестве подзатворного диэлектрика
в качестве одного из многослойных диэлектриков в производстве МНОП элементов памяти
в качестве изоляции в схемах с многослойной металлизацией
как составная часть шаблона для рентгеновской литографии

Достоинства SiO₂

SiO₂ — "родной" для кремния материал, поэтому легко из него получается
SiO₂ можно легко стравить с подложки с помощью плавиковой кислоты (HF), не повредив кремний
SiO₂ является барьером для диффузии бора, фосфора, мышьяка
SiO₂ является хорошим изолятором (имеет высокую напряжённость пробоя)
SiO₂ стабилен до 10⁻⁹ Тор (10⁻⁷ Па) и T > 900 °C
SiO₂ не растворяется в воде