Оборудование для термического окисления. Характеристика термических пленок SiO2. Скорость травления в буферном растворе. Воспроизводимые свойства использования реакторов пониженного давления. Особенности роста тонких и толстых пленок двуокиси кремния.
Аннотация к работе
Министерство образования Российской ФедерацииСлой 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. 1 (в современных установках пластины в подложкодержателе располагаются вертикально). термический окисление реактор 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): Siтверд. O2 = SIO2;Методом радиоактивного маркера показано, что рост SIO2 происходит за счет диффузии кислорода к поверхности кремния. Для теоретического обоснования было предложено множество моделей, основанных на объемной диффузии заряженных частиц или нейтральных пар, а также эффектах туннелирования электронов, кинетике адсорбции, образования пространственного заряда, изменении граничных концентраций диффундирующих частиц в зависимости от толщины пленки и многих других. Процесс окисления происходит на границе Si - SIO2, поэтому молекулы окислителя диффундируют через все предварительно сформированные слои окисла и лишь затем вступают в реакцию с кремнием на его границе. Для того чтобы определить скорость роста окисла, рассмотрим потоки окислителя в объеме окисла F2 и на его границе с кремнием F3. Согласно закону Фика, поток через объем окисла определяется градиентом концентрации окислителя: F2 = - D(DC/dz) = D(C0 - Ci)/z0, (1) где Ci - концентрация окислителя в молекулах на кубический сантиметр при z = z0, D - коэффициент диффузии при данной температуре, z0 - толщина окисла.Следовательно, для малых времен окисления толщина окисла определяется постоянной скорости поверхностной реакции K и прямо пропорциональна времени окисления (8). Для больших времен окисления скорость роста зависит от постоянной диффузии D (9), а толщина окисла пропорциональна корню квадратному из времени процесса. Для широкого класса полупроводников и металлов кинетика процесса активного окисления характеризуется в равновесии линейным законом, то в случае пассивного окисления физическая картина процесса усложняется процессом переноса реагента к реакционной поверхности раздела сквозь растущую пленку.Отметим, что в микроэлектронике наиболее часто используются окислы кремния толщиной в несколько десятых долей микрона а верхний предел по толщине для обычного термического окисления составляет 1-2 мкм. Одним из приборов, в которых используются сверхтонкие слои двуокиси кремния толщиной 2 - 5 нм являются энергонезависимые элементы памяти. В ряде случаев необходимо иметь качественные пленки SIO2 толщиной 5 - 100 нм под маскирующими слоями нитрида кремния для предотвращения появления дефектов в кремниевой подложке, обусловленных наличием механических напряжений. Часто применяется двухстадийный процесс сухого окисления кремния, состоящий из окисления с добавлением HCL при средних температурах (около 1000 ?С), с последующей термообработкой в атмосфере O2, N2 и HCL при температуре 1150 ?С. Окислы гомогенны, аналогичны окислам, полученным в реакторах атмосферного давления, напряженность электрического пробоя пленок E = 10 - 13 МВ/см.
План
Содержание
1. Оборудование для термического окисления
2. Модель Дила-Гроува
3. Зависимость толщины окисла от времени окисления
4. Особенности роста тонких и толстых пленок двуокиси кремния