3.2. Окисление

Окисление предшествует выращиванию диффузионных и ионно-легированных слоев, поскольку примеси внедряются сквозь окна в защитном окисле. Отжиг внедренной примеси или разгонка также идут чаще всего в окислительной среде, так что примесь не только диффундирует сквозь кремний, но и перераспределяется между окислом и кремнием.

Сам процесс окисления проводится при повышенных температурах от 700 до 1200С и состоит из диффузии кислорода сквозь уже выросший слой окисла к поверхности кремния, а затем уже на границепроисходит химическая реакция:

Аналогично идет и окисление в парах воды:

Последняя реакция идет гораздо быстрее и применяется для наращивания окислов большой толщины, например, в процессах локального окисления и выращивания мелких изолирующих канавок. Для формирования окисла толщиной поглощается слой кремния толщиной. В хорошо описанной в литературе модели Дила-Гроува [9] толщина окисласвязана с временем окисленияtквадратным уравнением:

; где -время выращивания начальной толщины окисла. При достаточно длительном окислении без начального окисла, так что толщина окисла пропорциональна корню из времени. Скорость роста окисла при этом ограничивается скоростью диффузии кислорода сквозь,-коэффициент параболической скорости окисления.

В противоположном случае начального роста и скорость окисления определяется скоростью химической реакции,- коэффициент линейной скорости окисления. Величиныиэкспоненциально зависят от температуры. Энергии активации и предэкспоненциальные множители приводятся в справочной части программ и подробно обсуждаются в литературе [9,10]. Эти коэффициенты в разумных пределах могут быть использованы в качестве подгоночных параметров для согласования модели с реальным технологическим процессом. С практической точки зрения рост тонких окисных пленок должен происходить достаточно медленно для достижения однородности их свойств и воспроизводимости параметров. Для этих целей используются разнообразные методы получения окисных пленок, которые включают окисление в сухом кислороде с добавлением и без добавления, комплексное окисление при различных температурах и составе окислительной атмосферы, окисление во влажном кислороде, окисление при пониженном давлении, а также окисление при повышенном давлении и низкой температуре. С понижением температуры и давления в окислительной атмосфере будет, конечно, понижаться и скорость окисления. Сверхтонкие окисные пленки (< 5 нм) формируют с помощью горячей азотной кислоты, путем кипячения в воде или за счет выдерживания на воздухе при комнатной температуре. Необходимые свойства должны быть достигнуты независимо от выбора метода окисления. При обсуждении методов, используемых для формирования тонких окисных пленок, и получаемых при окислении свойств этих пленок необходимо подчеркнуть, что на рост тонких окисных пленок оказывают влияние применяемые методы очистки поверхности и степень чистоты используемых газов. На рис. 38 приведен пример зависимости толщины тонких окисных пленок от времени окисления в сухом кислороде.

Рис. 38. Зависимость толщины окисла от времени окисления в сухом кислороде при различных температурах