і у вологому кисні температуру в зволожувачі встановлюють зазвичай в межах 80-110 о С, витрата кисню становить ~ 0,5 л/хв. Для окислення кремнію в парах води через зволожувач, може бути пропущений транспортує інертний газ (азот, аргон і т.д.). У налагодженому процесі термічного окислення товщина вирощеної плівки контролюється часом окислення. При налагодженні процесу товщину плівки можна виміряти інтерференційним методом за допомогою мікроскопа МИИ - 4 (точність вимірювання +/- 30 нм), для чого попередньо створюють «сходинку» шляхом повного стравлювання оксиду з ділянки поверхні пластини. При достатньому навичці товщину плівки можна визначати методом колірних відтінків, в якому використовується властивість окису кремнію змінювати колір залежно від товщини. Цей метод (відносна похибка +/- 5%) застосовують при товщинах не більше 1 мкм.
Фактори, що впливають на швидкість отримання та якість плівок SiO 2
При окисленні відполірованого монокристалічного кремнію формується шар аморфного діоксиду кремнію. При температурах, близьких до кімнатної, плівка виявляється досить не стійкою. При більш високих температурах (до 1200 о С), що застосовуються в процесах окислення кремнію, аморфний діоксид кремнію термо динамічно не стійкий і переходить в стійку кристалічну фазу. Такому переходу сприяють центри кристалізації, створювані домішками або недосконалостями структури. Однак швидкість цього переходу при температурах нижче 1000 о С надзвичайно мала. Механізм переходу подібний тому, який діє в переохолодженої рідини, швидко перетворюється на тверде тіло при введенні маленької твердої частинки (затравки), наприклад частинки пилу, що утворює центр кристалізації. Подібний процес кристалізації в SiO 2 може призвести до виникнення безлічі локальних кристалічних областей або інших недосконалостей структури, які небажані у всіх випадках застосування SiO 2 в технології ІМС.
Вивчення термічного окислення чистого кремнію і кремнію, легованого донорними і акцепторними домішками, показало, що наявність домішок впливає на швидкість окислення. Цей вплив обумовлений або зміною коефіцієнта дифузії окислювача в шарі, або зміною швидкості реакції окислювача на межі розділу Si - SiO 2. Так, при окисленні бор прагне прейті з кремнію в оксид, тому зростаючий шар збагачений бором, кремній, сильно легований бором, окислюється швидше високоомного (чистого) кремнію як при високих температурах, де справедливий параболічний закон росту діоксиду, так і при більш низьких температурах, де виконується лінійний закон. Фосфор, яким може бути легирован кремній n-типу, має тенденції переходити в шар діоксиду. Тому дифузія окислювача в такому шарі не відрізняється від дифузії в діоксиді, зростаючому на чистому кремнії. Проте присутність фосфору в кремнії збільшує швидкість хімічної реакції на поверхні кремнію, внаслідок чого кремній, сильно легований фосфором, при температурах нижче 1100 о С окислюється швидше, ніж чистий кремній (так як при низьких температурах швидкість окислення визначається реакцією на поверхні Si). Особливо різко ця відмінність виявляється при 700 ... 800 о С. При температурах вище 1100 о С збільшення швидкості росту діоксиду на кремнії, легованому фосфором, практично непомітно.
На швидкість термічного окислення впливають не тільки домішки, які у в кремнієвій підкладці, але і домішки іонів гидроокислах і натрію. Іони гидроокислах, що утворюються в багатоступінчастої реакції кремнію з парами води, збільшують швидкість окислення. Що стосується натрію, то наявність його на кордоні розділу між діоксидом і кремнієм призводить до каталітичній дії на реакцію окислення кремнію, яке сильніше позначається в присутності іонів гідроксилу, тобто при окисленні в парах води або вологому кисні.
Окислення кремнію в інтервалі температур 1 100 ... 1 300 о С при малому тиску газу (1,198 ... 13,33 Па) характеризується низкою особливостей. У таких умовах кремній може утворювати леткі оксиди, випаровуються з його поверхні, сто призводить до збільшення швидкості окислення. При тиску 1,2 ... 5,3 Па на поверхні кремнію взагалі не утворюється шару SiO 2, а єдиним продуктом окислення є летючий монооксид SiO. При тиску кисню в 13,33 Па освіту шару SiO 2 на поверхні кремнію відбувається з високою швидкістю.
Властивості плівок SiO 2.
Основними контрольованими параметрами плівок є: коефіцієнт заломлення, хімічний склад плівки, пористість, щільність, швидкість травлення, напруженість поля пробою. Значення деяких типових характеристик термічних плівок SiO2 наведені в таблиці 2.
ПараметрЗначеніе параметраПлотность, г/см 3 2.2Показатель преломленія1.46Діелектріческая постоянная3.82Шіріна забороненої зони, еВ8.9Удельное опір постійному струму при T=25 єС, Ом * см10 14 - 10 16 Швидкість травлення в буф...
