2. Окисление кремния в цикле сухой-влажный-сухой кислород.

(еще метод барбарирования есть)

3. Пирогенное окисление кремния

Пирогенное окисление. Окисление во влажном кислороде может проводиться пирогенным методом, при котором образование паров воды происходит за счет реакции Н2 и 02 . Водород Н2 сжижается и образуется водяной пар под давлением (5 – 10) 105 Па. Пирогенный метод гарантирует получение паров воды высокой чистоты, что связано с высокой чистотой используемых газов.

Окисление при повышенном давлении. Из уравнения (8) следует, что параболическая константа скорости В прямо пропорциональна предельной растворимости C* окислителя в оксиде, которая в свою очередь пропорциональна парциальному давлению окислителя в газовой фазе. Поэтому повышение давления водяных паров приводит к дополнительному увеличению скорости роста.

Преимуществом окисления кремния при высоком давлении является то, что этот метод позволяет выращивать слои термического оксида при относительно низких температурах в течение времени, сравнимого со временем, необходимым для обычного высокотемпературного процесса при атмосферном давлении. В связи с этим можно свести к минимуму процесс перераспределения предварительно введенной в подложку примеси. Проведение процесса при низкой температуре, кроме того, сводит к минимуму диффузию примеси под маску, сни­жается возможность образования окислительных дефектов упаковки, которая полностью подавляется при Т < 950 °С. В случае же проведения процесса окисления при высоких температурах повышенное давление значительно уменьшает время окисления. В технологии ИС такой процесс успешно применяется для выращивания толстых изолирующих оксидных слоев.

Как пирогенные, так и барботажные системы могут обеспечивать проведение процессов окисления во влажном кислороде при давлении до 2,5 МПа.

4. Модель окисления Дила- Гроува

Рис.2.2. Диаграмма высокотемпера­турного окисления кремния

Первые попытки описания термического окисления кремния осно­вывались на известных моделях роста окисла на металлах, в которых предполагалось, что при высоких температурах процесс окисления является следствием диффузии заряженных частиц - ионов и электронов -через растушую пленку. При этом скорость химической реакции считалась много большей скорости диффузионного процесса.

Основной моделью роста окисла является модель Дила-Гроува (Д-Г), рассматривающая процесс окисления состоящим из двух этапов - массопереноса окислителя в растущем окисле и протекания химической реакции кремния с окислителем. Модель предполагает три потока (рис.2.2):

1. массоперенос окислителя через внешнюю границу растущего окислаSiO₂ из газовой фазы (потокF₁ ):

F = h(C * - C₀),

гдеh - коэффициент переноса окисляющих частиц через внешнюю границу окисла;C* и C₀ - концентрации окисляющих частиц вне окисла и вблизи

поверхности внутри окисла в любой момент времени окисленияt (C₀ принимается обычно равной предельной растворимости окислителя вSiO₂ );

2. д иффузию окисляющих частиц через окисел к границе разделаSiO₂ -Si (потокF₂ ):

г деD - коэффициент диффузии окисляющих частиц;C_i - концентрация окислителя на границеSiO₂ -Si ;

3) химическую реакцию взаимодействия окислителя с кремнием (потокF₃ ):1

F3 = kC _i

где к - скорость реакции.

В условиях установившегося равновесия (поток F F = F₁ = F₂ = F₃) решается дифференциальное уравнение для скорости окисления:

гдеN - число частиц окислителя, необходимое для создания единицы объема окисла.

Е сли ввести обозначения то уравнение (2.1) примет вид:

dx/dt=B/(A+2x).(2.2)

Кремний легко окисляется при комнатной температуре, так что его поверхность всегда покрыта слоем окисла толщиной от 2 до 8 нм. Кроме того, термическое окисление может проводиться многократно. Для исследуемого процесса следует иметь в виду, что приt = 0 на поверхности кремния уже мог быть слой окисла толщиной х₀. Поэтому интегрирование уравнения (2.2) ведется в пределах х₀ - х, и решение его имеет вид:

x² + Ax = B(t +1₀) , где t₀ - время, (2.3)

где t₀ - время, соответствующее начальной толщине окисла х₀.

Рис.2.3. Зависимость толщины окисла кремния от времени

окисления при высокой температуре

Зависимость толщины окисла от времени окисления при высокой (от 700 до 1200 °С) температуре изображена на рис.2.3. При малых временах окисления t<<A²/4B рост окисла описывается линейным законом

при больших временах окисления t >> A² /4B - параболическим

x² = Bt ≡ k_pt, (2.5)

где k_l и k_p - константы линейного и параболического роста соответст­венно. Имеется некоторое характерное время t_ар, при превышении которого

линейный закон роста окисла переходит в параболический (см. рис.2.3). Уравнение (2.3) можно записать также в виде

x²/ B + (A / B) x = t (2.6)

(если t₀ << t , то t₀ можно не учитывать).

Поделив все части уравнения (2.6) на х и проведя небольшие пре­образования, получим:

x = B(t / x - A/B). (2.7)

Уравнение (2.7) есть уравнение прямой в координатах [х, t/x], которая отсекает на оси абсцисс отрезок, численно равный обратной величине линейной константы A / B = k_l, и имеет угол наклона, тангенс которого равен

параболической константе роста окисла B = k_p.

Модель Дила-Гроува описывает достаточно точно экспериментальные результаты в широком диапазоне температур и толщин окисла,, за исключением начального участка роста окисного слоя (особенно в сухом кислороде) толщиной примерно до 30 нм.