2.2 Окисление пластин кремния и германия

Поверхности кремния и германия, подвергнутые описанной выше очистке, содержат тонкий естественный слой оксида (толщиной ~1-2 нм). Для получения поверхности с толщинами оксида порядка 1 мкм необходима специальная стадия термического окисления, выполняемая в диффузионной печи при температурах около 1150⁰С с помощью высокотемпературных реакций с сухим или влажным кислородом. Эти процессы окисления хорошо исследованы и широко используются в электронной промышленности.

Главное внимание нами было уделено рассмотрению процесса термообработки для сращивания пластин кремния и германия во влажных условиях (включая использование химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания).

2.3. Процесс окисления кремния в структурах кни

При сращивании пластин кремния в атмосфере кислорода следует учитывать наряду с процессами типа (1) процессы окисления поверхностей сращиваемых пластин. Процесс окисления кремния имеет фундаментальное значение в микроэлектронике [20]. Поэтому исследованиям этого процесса посвящено множество экспериментальных и теоретических работ. Установлено, что процесс окисления кремния в атмосфере кислорода является сложным и многостадийным. В феноменологическом приближении, основанном на термодинамических расчетах, процесс окисления в пренебрежении диссоциативными реакциями кислорода характеризуется брутто-рекциями [34]

(1)

(2)

(3)

(4)

Сразу же отметим, что реакцией типа (1) можно пренебречь во всем интервале температур окисления (800 ÷1600 К) и давлениях кислорода вплоть до 10^-9 атм, так как парциальное давление ничтожно мало. Термодинамический анализ реакций (1)-(4) и экспериментальные исследования позволяют заключить, что при относительно низких температурах и достаточно высоких парциальных давлениях кислорода скорость образования двуокиси кремния по реакции (2) намного превышает скорость ее восстановления до моноокиси, и на поверхности кремния образуется термодинамически стабильная пленка(кристаллическая или стеклообразная). При достаточно высоких температурах и низких парциальных давлениях кислорода скорость образованияпо реакции (3) значительно превышает скорость образованияпо реакции (2). В этом случаеотводится от поверхности окисления в газовую фазу, а пленкане растет вовсе, то есть наблюдается активная фаза процесса окисления. Выделяющейся газокисляется на поверхности по реакции (4). Если на поверхности выращен толстый слой, а затем образец нагрет до высоких температур в вакууме, то по реакции (4)диссоциирует наисо скоростью, определяемой скоростью газофазного переноса молекулиот реакционной поверхности раздела. Таким образом, концентрацияв системе---испытывает осцилляции.

2.4. Синергетический подход к процессу окисления

В этой связи интересно рассмотреть практически важный случай процесса окисления кремния, протекающего вдали от термодинамического равновесия, когда исходные продукты (и) «подводятся», а продукты реакции (например,) «отводятся». Покажем ниже, что в этом случае к процессу окисления кремния в атмосфере кислорода возможен синергетический подход [35-38].

Допустим, что концентрации атомов Si и молекул ии константы скоростейиподдерживаются постоянными. Обозначим концентрации этих реагентовСогласно (2)-(4), скорости реакциймогут быть записаны в виде