Оборудование для термического окисления

Слой двуокиси кремния формируется обычно на кремниевой пластине за счет химического взаимодействия в приповерхностной области полупроводника атомов кремния и кислорода. Кислород содержится в окислительной среде, с которой контактирует поверхность кремниевой подложки, нагретой в печи до температуры T = 900 - 1200 °С. Окислительной средой может быть сухой или влажный кислород. Схематично вид установки показан на рис. 1 (в современных установках пластины в подложкодержателе располагаются вертикально).

Требования к оборудованию:

контролируемая с точностью до 1 градуса температура подложкодержателя, обеспечение плавного повышения и понижения температуры в реакторе (двухстадийный нагрев),отсутствие посторонних частиц в реакторе (подложкодержатель сначала вводится в трубу реактора, а затем опускается на дно), отсутствие посторонних примесей, в частности, ионов натрия на внутренней поверхности реактора (с целью их удаления проводится предварительная продувка трубы реактора хлором),обеспечение введения кремниевых пластин в реактор сразу после их химической очистки.

Химическая реакция, идущая на поверхности кремниевой пластины, соответствует одному из следующих уравнений:

• окисление в атмосфере сухого кислорода (сухое окисление): Si_тв.+ O₂ = SiO₂;
• окисление в парах воды (влажное окисление): Si_тв.+2H₂O = SiO₂ + 2H₂;
• термическое окисление в присутствии хлора (хлорное окисление);
• термическое окисление при взаимодействии молекул воды, синтезированных из атомарно чистых кислорода и водорода непосредственно у поверхности кремния, с атомами кремния (пирогенное окисление).

Время окисления в стандартных технологических процессах составляет 4 - 5 часов.

Значительным достижением в совершенствовании технологии окисления кремния явилось добавление в окислительную среду в процессе окисления хлорсодержащих компонентов. Это привело к улучшению стабильности порогового напряжения полевых МДП транзисторов, увеличению напряжения пробоя диэлектриков и повышению скорости окисления кремния. Главная роль хлора в пленках двуокиси кремния (обычно с концентрацией хлора 10¹⁶- 10²⁰ см^-3) заключается в превращении случайно проникших в SiO2 примесных ионов натрия или калия в электрически неактивные.