При термическом окислении кремния

Перераспределение легирующих примесей

При термическом окислении кремния образование диоксида кремния происходит путем окисления кремния молекулами окислителя, диффундирующими через плёнку диоксида. Толщина образовавшейся плёнки диоксида кремния x _ox связана с толщиной прокисленного кремния x _Si соотношением: x _Si= a x _ox, где a = W(Si)/W(SiO₂) = 0.45. Соответственно, скорость движения межфазной границы (МФГ) Si–SiO₂, U = 0.45 U _ox. На движущейся МФГ происходит перераспределение легирующей примеси таким образом, что отношение концентраций примеси в кремнии С и в диоксиде кремния C _ox по разные стороны МФГ остаётся постоянным в течение всего времени окисления. Это отношение, определяемое разностью химпотенциалов примеси по разные стороны МФГ, является характеристикой примеси и называется термодинамически равновесным коэффициентом сегрегации (перераспределения):

.

Другим фактором, определяющим перераспределение примеси на МФГ Si/SiO₂, являются коэффициенты диффузии примеси в каждой фазе. В зависимости от значений коэффициентов сегрегации и отношений коэффициентов диффузии r = D (Si)/ D (SiO₂) могут реализоваться 4 возможных варианта распределений примеси (рис. 2.4). Значения m _s и r для различных легирующих примесей представлены в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Значения m_s и r для различных легирующих примесей

в системе Si/SiO₂

Вариант рис. 2.4	Примесь	m s	r
а б в г	B Al P, As, Sb Ga, In	0.1 – 0.5 ~10^–3 10^2 – 10^3 ~20	10^2 – 10^3>10^3 ~10^–3 10^2 – 10^3 ~10^–3

Как видно из рис. 2.4 и табл. 2.3, примеси с большим коэффициентом сегрегации (m _s > 1/a) и большим r (P, As, Sb) оттесняются движущейся МФГ и накапливаются в приповерхностной области кремния. Примеси с малым коэффициентом сегрегации (m _s < 1/a) и большим r (B), наоборот, втяги-ваются надвигающейся МФГ и накапливаются в плёнке диоксида кремния. Примеси с малым r обнаруживают обеднение на поверхности диоксида кремния вследствие испарения, при этом скачок концентрации на МФГ остаётся либо в пользу кремния (Ga, In), либо в пользу диоксида кремния (Al).

Дата добавления: 2017-02-01