Рост тонких окислов

Сопоставление теоретических и экспериментальных данных

1. Окисление во влажном кислороде.
Обнаружено, что d_i = 0 в момент времени t = 0
при графическом изображении зависимости толщины окисла от t.
Используя уравнение F2 = - D(dC/dz) = D(C0 - Ci)/z₀ и графические данные процесса роста окисла были определены константы скорости окисления:
A увеличивается с уменьшением T
B уменьшается с уменьшением T

2. Окисление в сухом кислороде.
Графически d_i - 25 нм при t = 0 и T =700-1200 °C. Определяется из экстраполяции кривой окисления до оси времени.
Из анализа уравнения B пропорционально p_G - парциальному давлению окислителя.
A не зависит от парциального давления.
то есть B/A обладает той же линейной зависимостью, как и B.
Зависимость B от T аналогична зависимости D, экспоненциально растет с ростом T. Энергии активации для константы B сравнимы с энергией активации диффузии кислорода. Так как B пропорциональна равновесной концентрации окислителя, а для

O₂=5.2·10¹⁶см^-3=C^*
H₂O=3.0·10¹⁶см^-3=C^*

то есть скорость роста во влажной среде выше, чем в сухой.

Простая модель Дила и Гроува отлично описывает экспериментальные данные, за исключением пленок двуокиси кремния толщиной менее 30 нм. Здесь наблюдаются аномально высокие скорости роста.

Совпадение теоретической модели с экспериментом подтверждает правильность использования закона Генри, то есть диффундирующие через окисел частицы представляют собой молекулы - на границе раздела фаз газ-окисел отсутствует диссоциация (совпадают зависимости скорости окисления по отношению к давлению и температуре).

Однако есть данные о присутствии заряженных частиц в газе. В частности есть зависимость скорости реакции окисления в зависимости от потенциала, приложенного к кремнию. Существует такая усовершенствованная модель Дила-Гроува, где объясняются процессы окисления тонких пленок. Физической основой является то, что несмотря на диффундирование в молекулярном виде реагентов, процесс окисления происходит за счет реакции с атомарным кислородом, присутствующем в небольшом количестве.

В настоящее время вопрос о природе частиц, диффундирующих к границе раздела фаз Si - является открытым.

Необходимость:

1. Интегральные схемы большой плотности - переход к пленкам 30 нм.
2. Промежуточные пленки от 5 до 100 нм - для предотвращения возникновения дефектов в кремниевой подложке структур с нитридом кремния.

Требования:

1. Медленный рост - необходимость воспроизведения параметров и однородность свойств. Уменьшение T и давления, но может быть уменьшение T и увеличение давления.
2. Степень чистоты используемых газов и очистка поверхности.

Сверхтонкие пленки (<5 нм) формируют в горячей азотной кислоте путем кипячения в воде или выдержки на воздухе при комнатной температуре.

Плотность окисла повышается с уменьшением T, но пассивирование ионов натрия при добавлении соляной кислоты в окислительную атмосферу происходит только в высокотемпературном диапазоне.

Разработан двухстадийный процесс окисления, в котором формирование пленок происходит при средних температурах (1000 °C) с использованием сухого кислорода и добавлением соляной кислоты в окислительную среду.

Второй этап заключается в термообработке в атмосфере при температуре 1150 °C для проведения пассивирования и доведения толщины окисла до необходимого уровня.

Перспективный метод окисления при пониженном давлении при T=900-1000 °C.

Дата добавления: 2014-12-27