Маскирующие свойства слоев двуокиси кремния

Диэлектрические слои имеют различное функциональное назначение в полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах, играя как активную, так и пассивную роль. Активную функцию эти слои выполняют в МДП-приборах в качестве под-затворного диэлектрика, а также в качестве изолятора активных и пассивных элементов ИМС. В кремниевой технологии для этой цели используют аморфные пленки двуокиси кремния SiO2 и нитрида кремния Si₃.N₄. Пассивная функция диэлектрических слоев реализуется при их использовании в качестве защитных покрытий для электрической стабилизации, пассивации и защиты поверхности приборов (особенно в местах выхода р—п-переходов) от внешних атмосферных воздействий, в первую очередь, от кислорода и паров воды. Для этой цели, кроме пленок SiO₂, Si₃N₄ и Al₂O₃, успешно используют легкоплавкие силикатные или халькогенидные стекла, а также кремнийорганические полимерные пленки, влагостойкие лаки и компаунды.

Для технологических применений диэлектрические пленки представляют интерес в качестве маскирующих покрытий, локально защищающих поверхность полупроводника от технологических воздействий, например, при легировании методом диффузии или ионной имплантации. Исключительно важное значение маскирующая функция диэлектрических покрытий приобретает в планарной технологии, где локальность и селективность технологических воздействий играет первостепенную роль.

Из полупроводников, широко используемых в современной электронике, только, кремний имеет химически стабильный и структурно плотный собственный окисел SiO₂. На поверхности германия, арсенида галлия и других полупроводников собственные окислы термически нестабильны и склонны к гидролизу. По этой причине будем анализировать маскирующую функцию диэлектрических слоев на примере пары Si—SiO₂, а в следующем параграфе рассмотрим физико-технологические особенности окисления кремния.

Под маскирующей функцией двуокиси кремния понимается ее способность предотвращать диффузионное проникновение примесей сквозь нее при проведении высокотемпературных локальных процессов, в частности, при локальном диффузионном легировании кремния через окна, вскрытые в поверхностном слое маскирующего покрытия SiO₂.

Рассмотрим диффузионную задачу проникновения легирующей примеси (например, фосфора или бора) в кремний через слой SiO₂,толщиною x₀, с образованием р-n-перехода в точке 1на расстоянии х_р-пот границы раздела SiO₂-Si, как показано на рис. 17.2 а.Это означает, что вводимая примесь (донор или акцептор) с искомой концентрацией с₁(х, t)противоположна по типу исходной (акцепторной или донорной) примеси с заданной концентрацией с₂₀ = const.