Основные операции. Окисление
Чаще всего в полупроводниковой электронике в качестве диэлектрических плёнок используется диоксид кремния — SiO2 и нитрид кремния Si3N4. Наиболее важным положительным свойством перечисленных диэлектрических плёнок является их термическая стабильность. В настоящее время термическое окисление является основным методом получения аморфных слоёв α-SiO2 на кремнии. Высокая однородность плёнок, малая плотность зарядов на границе Si/α-SiO2, минимальная опасность трещинообразования составляют преимущества этого способа. К его недостаткам относятся высокая температура процесса, потери кремния, снижение точности воспроизводства топологической структуры схемы при многократном повторении процесса. Кроме того, метод термического окисления непригоден для других полупроводниковых материалов. Высокотемпературное окисление вызывает напряжения, дефекты упаковки и перераспределение примесей в используемых материалах, что ведёт к деградации рабочих характеристик выходных устройств.
Специалистами фирмы IBM проведён эксперимент по получению плёнок SiO2 из окиси кремния SiO при помощи лазерного облучения при комнатной температуре. Использовался лазер фирмы Lambda — Physics ЕМС-500 на ArF (λ = 193 нм, τi = 15 нс, частота следования импульсов 1–5 Гц), обеспечивающий плотность энергии излучения от 40 до 110 мДж/см2. Облучение плёнок SiO толщиной 1000–5000 Å осуществлялось через прямоугольную маску (0,8 × 1,5 см), в результате чего формировались плёнки SiO2.
Существует другой способ окисления, заключающийся в имплантации атомов кислорода в кремний и последующей реакции окисления при отжиге, однако температура отжига такая же высокая, как и при обычном термическом окислении. Была исследована возможность использования импульсного лазерного отжига имплантированного кислородом кремния для формирования оксидных слоёв SiO2. Основные преимущества этого способа — отжиг без значительного нагревания подложки и чрезвычайная быстрота. Образцы кремния p-типа (100) при температуре жидкого азота имплантировались ионами O+ с энергией 50 кэВ. В результате максимальная концентрация внедрённых атомов составляла ∼1022 см −3 на глубине 0,1 мкм. Лазерный отжиг проводили импульсами АИГ: Nd-лазера (τi = 70 нс, λ = 1,06 мкм, диаметр пятна излучения 3 мм). Плотность энергии излучения составляла 2–2,5 Дж/см2. В результате были получены плёнки SiO2 хорошего качества.
