28. Допущения при выводе модели Дила-Гроува.

1) Для первого этапа – адсорбции окислителя на внешней поверхности слоя SiO₂ предполагается, что молекулы O₂ не диссоциируют. В этом случае справедлив закон Генри С^*~ P. В случае полной диссоциации С^*~ P^0.5 для реакции O₂ ↔ 2O. В настоящее время состояние молекул кислорода в момент адсорбции и заряд частиц окислителя окончательно не выявлены. 2) На этапе диффузии окислителя к поверхности кремния теоретически возможен и обратный процесс. Эксперименты показывают, что вероятность обратного процесса – диффузии кремния через пленку окисла навстречу кислороду ничтожно мала. Неясно, в каком точно виде диффундирует окислитель. Наиболее вероятное предположение – диффузия O₂^- по междоузлиям оксида без взаимодействия с кислородом решетки. 3) Уравнение для потока F₂, описывающее процесс диффузии, является упрощенным представлением диффузионного уравнения. 4) Относительно химической реакции на границе Si - SiO₂: считается, что ее порядок равен единице. 5) Изменение внутренней структуры образующегося окисла не учитывается. Экспериментальные данные говорят о том, что в приграничной области имеются механические напряжения и идет генерация дефектов, что обязательно влияет на скорость протекающей химической реакции.

Неявно присутствуют следующие допущения:

- процессы переноса и протекание химической реакции рассматриваются отдельно и независимо друг от друга;

- наличие растворенного в кремнии кислорода считается не существенным;

- все процессы считаются квазистационарными, т.е.

29. Термическое окисление кремния. Константы линейного и параболического роста.

- уравнение Дила-Гроува, описывающее рост окисла, где

k_P и k_L – константы параболического и линейного роста.

k_P определяет диффузию окислителя через пленку, k_L определяет скорость химической реакции на границе раздела.

Факторы, влияющие на значение констант линейного и параболического роста:

1) температура: константа параболического роста B и константа линейного роста B/A зависят от температуры по закону Аррениуса: k_P = k_P0 exp[-E_P/kT], k_L = k_L0 exp[-E_L/kT]. 2) парциальное давление окислителя: k_P от парциального давления зависит линейно, по закону Генри k_P ~p; k_L ~pⁿ; n=0.5 ÷ 1.0 в зависимости от температуры и окислительной среды. 3) наличие примеси в атмосфере: вода, натрий, хлор ускоряют окисление. 4) ориентация подложки: на k_P практически не влияет; k_L (111) > k_L (110) > k_L (100).

30. Особенности строения пленок оксида кремния. Вязкое течение SiO2.

Диоксид кремния SiO2 может принимать кристаллическую и аморфную форму.

Степень микрогетерогенности аморфного вещества служит критерием, на основании которого состояние вещества может быть определено как 1) стеклообразное (при невысокой степени микрогетерогенности) или 2) нестеклообразное (высокая степень микро гетерогенности). Известно, что получаемые термическим окислением кремния слои SiO2 находятся в состоянии более близком к стеклоообразному, чем к нестеклообразному. Слои SiO2 на кремнии имеют аморфную структуру и состоят их жестких тетраэдров, объединенных в кольцевые структуры. Число звеньев в кольце – возрастающая функция угла мостиковой связи Si – O – Si между соседними тетраэдрами. В 6-ти звенных кольцах угол равен 144˚. В 4-х звенных кольцах - 120˚. На границе раздела преобладают 4-х звенные кольца, а в глубине диоксида - 6-ти звенные.

Механические напряжения в системе Si - SiO2:

В термически окисленных слоях кремния экспериментально наблюдается наличие внутренних сжимающих напряжений. Механические напряжения в слоях SiO2 делятся на макро- и микронапряжения. Макронапряжения характерны для всего образца. Наличие неоднородных микронапряжений в SiO2 экспериментально доказано и является, по-видимому, важнейшей причиной нестабильности электрических параметров.

В процессе хранения структур кремний – диоксид кремния происходит снижение величины механических напряжений в системе Si - SiO2.Величина механических напряжений в слоях диоксида кремния зависит также от условий окисления, особенно от скорости охлаждения окисленных структур

В язкое течение SiO2: При окислении кремния лимитирующим фактором является недостаток свободного объема для образования окисла. При образовании единичного объема SiO2 расходуется 0.44 объема кремния. Генерация свободного объема происходит в результате вязкого течения SiO2. Скорость роста оксида dx/dt можно выразить как: где где KA – константа скорости, n – ее порядок, p – давление окислителя, ∆EI - энергия связи Si - Si в подложке, ∆EV - энергия образования свободного объема. ∆EV представляет собой энергию активации вязкого течения диоксида кремния.