在二氧化硅薄膜生長過程中,若工藝條件是理想的,即不存在任何的雜質(zhì)沾污,則在硅KA7805ETU片表面將形成本征的⒏O2薄膜。然而在生產(chǎn)過程中,理想的工藝條件是不存在的,或多或少的雜質(zhì)沾污使生成的s02網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不可避免地存在雜質(zhì)原子。雜質(zhì)原子的進(jìn)入將改變⒊O2薄膜的性質(zhì)。本節(jié)將對二氧化硅薄膜中雜質(zhì)存在的基本類型、種類以及對二氧化硅薄膜特性的影響進(jìn)行探討。摻入⒊O2中的雜質(zhì),按它們在⒊o2網(wǎng)絡(luò)中所處的位置來說,基本上可以分為兩類:替代(位)式雜質(zhì)和間隙式雜質(zhì),其示意圖如圖⒋3所示,其性質(zhì)和作用各有所不同。

   取代s―O四面體中⒏原子位置的雜質(zhì)為替代(位)式雜質(zhì)。這類雜質(zhì)主要是ⅢA、ⅤA族元素,如B、P等,這類雜質(zhì)的特點是離子半徑與⒊原子的半徑相接近或比⒊原子的半徑小,在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中能替代或占據(jù)⒏原子位置,也稱為網(wǎng)絡(luò)形成雜質(zhì)。由于它們的價電子數(shù)往往和硅不同,所以當(dāng)其替代硅原子位置后,會使網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化。如雜質(zhì)磷進(jìn)入二氧化硅構(gòu)成的薄膜稱為磷硅玻璃,記為PSG;雜質(zhì)硼進(jìn)人二氧化硅構(gòu)成的薄膜稱為硼硅玻璃,記為BSG。當(dāng)它們替代硅原子的位置后,其配位數(shù)將發(fā)生改變。五價的磷以P2O5的形式加人二氧化硅網(wǎng)絡(luò)中,磷將取代硅位于四面體的中Jb,它與s02相比,每兩個P―O四面體將多余出一個氧原子,這個多余的氧原子或者轉(zhuǎn)移到兩個磷原子之中的一個,呈非橋聯(lián)氧,或者交給網(wǎng)絡(luò),使其一部分橋聯(lián)氧變?yōu)榉菢蚵?lián)氧,從而使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加疏松。而磷原子上沒有受到共價鍵束縛的那個價電子,很容易掙脫原子核的束縛,為非橋聯(lián)氧所俘獲,使非橋聯(lián)氧成為一個負(fù)電中心,而失去價電子的磷則成為一個正電中心。正是這種帶負(fù)電的非橋聯(lián)氧離子,使得PSG作為一種改進(jìn)型的鈍化膜而廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)中。同樣,三價的硼以B903的形式加人,硼取代硅位于四面體中心后不僅成為一個負(fù)電中心,而且由于網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)缺氧狀態(tài),會使非橋聯(lián)氧濃度減小,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增大。

   具有較大離子半徑的雜質(zhì)進(jìn)人sQ網(wǎng)絡(luò)只能占據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的間隙孔(洞)位置,成為網(wǎng)絡(luò)變形(改變)雜質(zhì),如Na、K、G、Ba、Pb等堿金屬、堿土金屬原子多是這類質(zhì)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)改變雜質(zhì)的氧化物進(jìn)人sf9

后,將被電離并把氧離子交給網(wǎng)絡(luò),使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生更多的非橋聯(lián)氧離子來替代原來的橋聯(lián)氧離子,引起非橋聯(lián)氧離子濃度增大而形成更多的孔洞,降低網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,降低熔點,以及引起其他性能變化。