Параметры температурной зависимости констант скорости термического окисления кремния ориентации (111)

Окислитель	Окисление
	линейное		параболическое
	kl0, мкм/мин	El, эВ	kp0, мкм2/мин	Ep, эВ
Сухой O2	4,4·105	2,16	9,5	1,20
Пары Н2О	9,7·105	1,93	2,7	0,69

В технологии ИМС газ-окислитель обычно разбавляют неактивным газом-носителем (Ar, N₂), а также увлажняют сухой кислород парами воды или соляной кислоты. В этом случае константы линейного и па­раболического окисления определяются относительными парциальными давлениями окислителей O₂ (p_сух) и H₂O (p_пар):

k_l = k_{l сух}  p_сух / p_атм + k_{l пар}  p_пар / p_атм, (1.4)

k_p = k_{p сух}  p_сух / p_атм + k_{p пар}  p_пар / p_атм, (1.5)

которые, в свою очередь, определяются соотношениями газовых потоков окислителя и разбавителя.

При выращивании слоев термического оксида обычно чередуют подачу сухого кислорода и влажного. Во влажном кислороде процесс получения заданной толщины ускоряется. В сухом кислороде улучша­ются электрофизические параметры и защитные свойства оксида бла­годаря удалению воды и его уплотнению. Комбинирование окисления в сухом и во влажном кислороде позволяет получать качественный терми­ческий оксид требуемой толщины в диапазоне 0.3...0.8 мкм при тем­пературах окисления 1000...1150 С.

Для повышения чистоты и стабильности термического оксида, улучшения его электрофизических параметров используют малые (1...3 %) добавки газообразного хлористого водорода или паров соля­ной кислоты. Улучшение свойств "хлорного" оксида достигается за счет двух эффектов  геттерирующего и пассивирующего. Геттерирующий эффект связан с образованием летучих хлоридов загрязняющих метал­лических примесей и их удалением из структур. Пассивирующий эф­фект обусловлен образованием электрически неактивных комплексов хлора со щелочными металлами.

Для выращивания толстых слоев термического оксида (x > 1 мкм) используют окисление в парах воды под давлением (5...20)10⁵ Па (5...20 атм) при тем­пературах 700...1100 С в специальных термокомпрессионных установках типа "Термоком".

1.2. Схема установки

С хема установки для термического окисления кремния при нормальном (атмосферном) давлении представлена на рис.1.1.

Рис.1.1. Схема установки термического окисления кремния

Установка представляет собой проточный кварцевый реактор 1, находящийся внутри нагревателя термической печи 2, в который по системе газораспределения поступают газ-разбавитель N₂ и сухой кислород O₂. Влажный кислород образуется при пропускании сухого кислорода через барботер с водой 3, подогреваемый электроплиткой 4 до температуры 80...100 С. Регулировка газовых потоков и, соответственно, парциальных давлений окис-лителей в реакторе осуществляется с помощью системы магистральных кранов 5, газовых вентилей 6 и регулируемых ротаметров 7. Отработанные газы уходят из реактора в вы­тяжную систему 8. Пластины кремния 9 устанавливаются на кварцевую лодочку 10, которая с помощью кварцевого штока вдвигается в рабочую зону установки. Точность поддержания температуры в рабочей зоне 0.5 С. По окончании загрузки конец кварцевого реактора закрывается заглушкой 11.

Выгрузка пластин после проведения процесса термического окисления производится в обратном порядке. В современных установках загрузка и выгрузка пластин производятся автоматически.