Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1302 вуза, 5117 предмета.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Адепт твердотельной электроники, последователь учений Михайлова Н.И. Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"
Предмет:
Физико-химические основы технологии материалов электронной техники
Файл:

Презентации / ФХОТ Все Презентации

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
21.06.2024
Размер:
18.7 Mб
Скачать
☆

5.10 Термическое окисление кремния :

Методы окисления кремния :

термическое окисление (сухое, влажное, хлорное, пирогенное)

анодное

 

пиролитическое

 

плазмохимическое

окисление

 

окисление

 

окисление

 

 

 

 

 

 

Si + O

2

→ SiO

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 Si + H2O → 12 SiO

2 + H2

Т = 900 – 1200 0С

Методом радиоактивного маркера определено, что рост SiO2 происходит за счет диффузии O2 к поверхности Si. Выход SiO2 за границы начального объема, занимаемого Si, обусловлен различием их мольного объёма.

Требования к оборудованию:

-контролируемая с точностью до 10С температура подложкодержателя,

-обеспечение плавного повышения и понижения температуры в реакторе,

-отсутствие посторонних частиц в реакторе,

-отсутствие посторонних примесей (с целью их удаления проводится предварительная продувка трубы реактора), - обеспечение введения кремниевых пластин в реактор сразу после их химической очистки.

c (x,t)

t = const

 

 

 

газовая фаза

SiO2

 

Si

 

cг

 

 

 

 

0

 

 

 

 

c

г

 

 

 

s

 

 

 

J1

J2

 

J3

 

 

c

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

1

 

 

 

0

x0(t)

x

 

концентрации молекул окислителя: с г— в объеме газовой фазы, и с —

 

0

 

s

 

на границе раздела фаз при х = 0 в газовой фазе и в двуокиси кремния,

с1

— на границе между SiO2 и Si.

 

 

 

процесс роста окисла идет в три стадии:

1)диффузионный транспорт молекул окислителя из объема газовой фазы к поверхности SiO2 - поток J1;

2)диффузионный транспорт растворенных в оксиде молекул окислителя через слой SiO2 к границе SiO2−Si - поток J2;

3)химическая реакция окисления кремния, протекающая на границе SiО2−Si - поток J3.

величину х0 (t) можно связать с параметрами T и р0 (c0 г) через потоки J1, J2 и J3, которые в стационарных условиях должны быть равными:

J1 = J2 = J3 J.

Диффузионный поток J1 определяет подвод молекул окислителя из объема газовой фазы к наружной поверхности растущего слоя SiO2.

p

0

= с

г

κT

0

 

 

 

 

 

 

 

 

Cлой SiO2 растет непрерывно → происходит непрерывное растворение молекул окислителя в SiO2 с обеднением приповерхностной области газа этими молекулами.

с

г

с

г

при

x = 0

 

 

s

0

 

 

в приповерхностном диффузионном слое толщиною возникает градиент

концентрации молекул окислителя, который создает диффузионный поток по направлению к границе

 

 

d cг

 

 

cг

− csг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J1

= − Dг

 

 

= Dг

0

 

= (с0г

− сsг )

 

β =

 

 

 

1

d x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ

 

 

 

x= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диффузионный поток J1

 

 

c (x,t)

 

t = const

 

газовая фаза

 

SiO2

Si

cг

δ

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

c

г

 

 

 

s

 

 

 

J1

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

s

 

 

 

 

c

 

 

 

 

1

 

 

 

0

x0(t)

x

Выразим плотность потока J1 через поверхностную концентрацию cs молекул окислителя, растворенных в SiO2

Процесс растворения происходит в молекулярной форме и подчиняется закону Генри:

с

= s p

s

s

p

= сг κT.

s

s

сs = csг skT 2

где s — коэффициент растворимости молекул окислителя в двуокиси кремния, а ps — парциальное давление окислителя на межфазной границе при х = 0

2 3 1

 

 

 

с

sp

 

 

г

skT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

= c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

β

 

DГ

 

J

 

= (c

 

− c

)

 

 

1

0

 

4

 

β

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

skT δskT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

β — коэффициент массопереноса молекул окислителя в газовой фазе,

приведенный к твердой фазе (для SiO2).

Диффузионный поток J2

Диффузионный поток J2 определяет транспорт молекул окислителя через слой SiO2 за счет диффузии, характеризуемой коэффициентом D.

с(x,t)

 

 

2

с(x,t)

= D

 

t

 

x

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

в стационарных условиях концентрация не меняется следовательно левая часть диффузионного уравнения обращается в нуль

с(x,t) = 0

t

2с(x,t) = 0

x2

J 2 = −D

c

= D

cs − c1

 

 

 

 

5

x

x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Химический поток J3

Химический поток J3 - потеря молекул окислителя вследствие их превращения в молекулы SiO2.

ν

ν

 

 

 

ν

 

 

(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r (t) = k сA

сA

 

... k(T ) сА

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

i

 

 

J3 = k c1

 

6

1

 

 

2

i

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c1 - концентрация молекул окислителя на границе SiO2−Si , k — константа

скорости реакции окисления кремния.

J1 = J2 = J3 J.

 

 

 

стационарный режим

 

 

 

4 5 6

(с

− с

)

=

D

(c

− c

) = k c

 

0

s

 

 

x

s

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

+

 

k x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

c0

 

 

 

 

с0

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с1 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k x0

 

k

 

 

k x

 

 

k

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

1 +

 

 

0

 

+

 

 

 

 

 

 

1+

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k с

J = k c

=

 

0

1

1+ k x

 

/ D + k /

 

0

 

 

 

 

 

 

 

пусть за время dt на единицу площади поверхности кремния поступает Jdt молекул окислителя - толщина слоя SiO2 увеличивается на величину dx0

 

 

 

 

 

 

 

 

N0 — число молекул окислителя, необходимое для

J dt = N0

dx0

 

 

 

 

 

 

построения единицы объема SiO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SiO

NA

 

2.2 6.023 10

23

 

 

 

N

 

 

=

=

= 2.2 10

22

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

SiO

 

M

 

 

60.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SiO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Si + O

→ SiO

2

2

 

12 Si + H2O → 12 SiO 2 + H2

N

0

= N

 

 

2,2 10

22

см

−3

 

 

 

 

 

 

 

 

SiO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

0

= 2N

 

4,4 10

22

см

−3

 

 

 

 

 

 

 

SiO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности