在二氧化硅薄膜生长过程中,若工艺条件是理想的,即不存在任何的杂质沾污,则在硅KA7805ETU片表面将形成本征的⒏O2薄膜。然而在生产过程中,理想的工艺条件是不存在的,或多或少的杂质沾污使生成的s02网络结构中不可避免地存在杂质原子。杂质原子的进入将改变⒊O2薄膜的性质。本节将对二氧化硅薄膜中杂质存在的基本类型、种类以及对二氧化硅薄膜特性的影响进行探讨。掺入⒊O2中的杂质,按它们在⒊o2网络中所处的位置来说,基本上可以分为两类:替代(位)式杂质和间隙式杂质,其示意图如图⒋3所示,其性质和作用各有所不同。

   取代s O四面体中⒏原子位置的杂质为替代(位)式杂质。这类杂质主要是ⅢA、ⅤA族元素,如B、P等,这类杂质的特点是离子半径与⒊原子的半径相接近或比⒊原子的半径小,在网络结构中能替代或占据⒏原子位置,也称为网络形成杂质。由于它们的价电子数往往和硅不同,所以当其替代硅原子位置后,会使网络的结构和性质发生变化。如杂质磷进入二氧化硅构成的薄膜称为磷硅玻璃,记为PSG;杂质硼进人二氧化硅构成的薄膜称为硼硅玻璃,记为BSG。当它们替代硅原子的位置后,其配位数将发生改变。五价的磷以P2O5的形式加人二氧化硅网络中,磷将取代硅位于四面体的中Jb,它与s02相比,每两个P O四面体将多余出一个氧原子,这个多余的氧原子或者转移到两个磷原子之中的一个,呈非桥联氧,或者交给网络,使其一部分桥联氧变为非桥联氧,从而使网络结构变得更加疏松。而磷原子上没有受到共价键束缚的那个价电子,很容易挣脱原子核的束缚,为非桥联氧所俘获,使非桥联氧成为一个负电中心,而失去价电子的磷则成为一个正电中心。正是这种带负电的非桥联氧离子,使得PSG作为一种改进型的钝化膜而广泛应用在半导体芯片制造技术中。同样,三价的硼以B903的形式加人,硼取代硅位于四面体中心后不仅成为一个负电中心,而且由于网络出现缺氧状态,会使非桥联氧浓度减小,网络结构强度增大。

   具有较大离子半径的杂质进人sQ网络只能占据网络中的间隙孔(洞)位置,成为网络变形(改变)杂质,如Na、K、G、Ba、Pb等碱金属、碱土金属原子多是这类质。当网络改变杂质的氧化物进人sf9

后,将被电离并把氧离子交给网络,使网络产生更多的非桥联氧离子来替代原来的桥联氧离子,引起非桥联氧离子浓度增大而形成更多的孔洞,降低网络结构强度,降低熔点,以及引起其他性能变化。