2.3. Термическое окисление

Данный процесс предназначен для создания защитных слоев на поверхности полупроводниковых структур. Термическое окисление – всего лишь один из методов создания таких слоев, поскольку наряду с ним используют еще анодное окисление и пиролитическое нанесение окисла. Термическое окисление получило наибольшее распространение вследствие простоты и качества получаемых защитных слоев.

Кинетика роста слоев при термическом окислении определяется следующими основными процессами:

• адсорбция молекул окислителя на поверхности исходной пластины;

• прохождение атомов окислителя через слой образовавшегося окисла;

• взаимодействие окислителя с атомами кремния на границе раздела “кремний-окисел” с образованием нового слоя окисла.

Обычно термическое окисление Si по планарной технологии выполняется либо в атмосфере кислорода, либо водяного пара:

Si + O₂ SiO₂ ; T = 1000-1300^оC, (2.1)

Si + 2H₂O SiO₂ + 2H₂; T = 1000-1200^оC. (2.2)

Реакция (2.2) проходит при повышенном давлении. Эффективность такой реакции на порядок выше, чем окисление кремния в кислороде согласно 2.1.

Толщина полученного слоя окисла определяется различными способами, в частности, например, по времени окисления.

Рис. 2.2. Установка для окисления пластин Si в парах воды

В промышленном производстве чаще всего используют комбинированное окисление Si-пластин: сначала выращивают тонкий слой SiO₂ в атмосфере кислорода, затем более толстый слой в парах воды и завершают процесс снова в атмосфере кислорода. Такой комбинированный метод позволяет получить необходимые свойства границ раздела Si – SiO₂ и слоя SiO₂ при минимальных температурах и за более короткое время. При этом выдерживание малых температур является выгодным с точки зрения сохранения геометрии и свойств электронно-дырочных переходов элементов ИС.