Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата

Химическая реакция, идущая на поверхности кремниевой пластины, соответствует одному из следующих уравнений:

окисление в атмосфере сухого кислорода: Siтверд.+ O2 = SiO2 окисление в парах воды: Siтверд.+2H2O = SiO2 + 2H2.

Окисление происходит гораздо быстрее в атмосфере влажного кислорода, поэтому его используют для синтеза более толстых защитных слоев двуокиси кремния.
Методом радиоактивного маркера показано, что рост SiO2 происходит за счет диффузии кислорода к поверхности кремния. Выход SiO2 за границы начального объема, занимаемого кремнием, обусловлен их разными плотностями. Физика термического окисления может быть объяснена с помощью достаточно простой модели Дила-Гроува, поясняемой с помощью рис. 2.

[pic]

Рис. 2.

Процесс окисления происходит на границе Si - SiO2, поэтому молекулы окислителя диффундируют через все предварительно сформированные слои окисла и лишь затем вступают в реакцию с кремнием на его границе.
Согласно закону Генри, равновесная концентрация твердой фазы прямо пропорциональна парциальному давлению газа P:
C*=HP, где

C*- максимальная концентрация окислителя в газе для данного значения давления P,

H - постоянный коэффициент Генри.

В неравновесном случае концентрация окислителя на поверхности твердого тела меньше, чем C*.

Поток F1 определяется разностью между максимальной и реальной поверхностной концентраций окислителя:
F1=h(C*-C0), где

C0 - поверхностная концентрация окислителя, h - коэффициент переноса.

Значение концентрации окислителя C0 зависит от температуры, скорости газового потока и растворимости окислителя в SiO2.

Для того чтобы определить скорость роста окисла, рассмотрим потоки окислителя в объеме окисла (F2) и на его границе с кремнием (F3).
Согласно закону Фика, поток через объем окисла определяется градиентом концентрации окислителя:
F2=-D(dC/dz)=D(C0-Ci)/z0, ( 1 )

где Ci - концентрация окислителя в молекулах на кубический сантиметр при z = z0,

D - коэффициент диффузии при данной температуре, z0 - толщина окисла.

Величина потока (F3) на границе окисла с полупроводником зависит от постоянной K скорости поверхностной реакции и определяется как:
F3=kCi ( 2 )

При стационарных условиях эти потоки равны, так что F3 = F2 = F1 = F.
Следовательно, приравняв соотношения ( 1 ) и ( 2 ), можно выразить величины Ci и C0 через C*:
[pic]

(3)

Для того чтобы определить скорость роста окисла, представим уравнение потока на границе SiO2 - Si в следующей форме:
[pic]

(4)

Скорость роста окисла определяется потоком (F3) и количеством молекул окислителя (Ni), необходимым для образования окисла в единичном объеме.
Поскольку концентрация молекул SiO2 в окисле равна 2,2*1022 см-3, то для получения двуокиси кремния требуется концентрация молекул кислорода равная
2,2*1022 см-3 или концентрация молекул воды 4,4*1022 см-3.

Соотношение между величинами z0 и t определяется интегралом
[pic]

Следовательно, для малых времен окисления толщина окисла определяется постоянной скорости поверхностной реакции K и прямопропорциональна времени окисления (8). Для больших времен окисления скорость роста зависит от постоянной диффузии D (9), а толщина окисла пропорциональна корню квадратному из времени процесса. Отметим, что наиболее часто используется толщина окисла, составляющая десятые доли микрона, а верхний предел по толщине для обычного термического окисления составляет 1 - 2 мкм.
Значительным достижением последнего времени явилось добавление в окислительную среду в процессе окисления хлорсодержащих компонентов. Это привело к улучшению стабильности порогового напряжения полевых МДП - транзисторов, увеличению напряжения пробоя диэлектриков и повышению скорости окисления кремния. Главная роль хлора в пленках двуокиси кремния
(обычно с концентрацией хлора 1016 - 1020 см-3) заключается в превращении случайно проникших в SiO2 примесных ионов, например, натрия или калия в электрически неактивные.

Плазмохимическое окисление кремния

Процессы плазменного окисления металлов и полупроводников заключается в формировании на их поверхности оксидных слоев при помещении в кислородную плазму образцов. Образцы могут быть изолированными (плазменное оксидирование) или находиться под положительным относительно плазмы потенциалом (плазменное анодирование).

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: сочинение тарас бульбо, решебник по геометрии атанасян, сочинение.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7 | Следующая страница реферата