- •Лабораторная работа № . Термическое окисление кремния.
- •1. Введение
- •2. Механизм роста и кинетика окисления.
- •3. Модель окисления кремния
- •4. Влияние ориентации на скорость окисления
- •5. Методы окисления и оборудование
- •6. Очистка подложек перед окислением
- •7. Контроль толшины пленок SiO2.
- •7. Контрольные вопросы
- •8. Задание
Лабораторная работа № . Термическое окисление кремния.
Цель работы: ознакомление с особенностями кинетики окисления кремния; получение термического окисла и контроль его толщины; освоение методов прогнозирования параметров окисленного кремния (пакет программ ICECREAM 4.2).
Оборудование: печь SNOL 8,2/100, вольтметр В7-27, термопара хромель-алюмель, кремневая пластина, персональный компьютер.
1. Введение
Окисление кремния - физико-химический процесс, применение которого необходимо в ходе всего технологического цикла изготовления современных интегральных схем. Для создания надежных высококачественных ИС требуется не только понимание основных механизмов окисления, но и наличие возможностей формирования высококачественного слоя окисела контролируемым и воспроизводимым образом. Кроме того, чтобы гарантировать надежность ИС, нужно знать зависимость электрических свойств окисла от технологических параметров процесса окисления.
В технологии формирования ИС двуокись кремния используется для нескольких целей. Она служит в качестве маски при ионной имплантации или диффузии легирующей примеси в кремний, для пассивирования поверхности структур, для изоляции приборов друг от друга (диэлектрическая изоляция в отличие от изоляции приборов р-n переходами), выступает в роли одного из основных компонентов в МОП-структурах и обеспечивает электрическую изоляцию в системах многослойной металлизации. В настоящее время для формирования окисных слоев разработано несколько методов, которые включают в себя термическое окисление, анодирование в растворах электролитов, пиролитическое осаждение (осаждение из газовой фазы) и плазменное анодирование, или окисление. В тех случаях, когда на границе раздела фаз необходимо получить низкую плотность поверхностных состояний, предпочтение отдается методу термического окисления. Однако в связи с тем, что маскирующий окисел в последствии чаще всего удаляют, условие получения минимальной плотности поверхностных состояний не играет роли при выборе метода формирования маскирующего слоя для процессов диффузии легирующей примеси в кремний. Очевидно, что при необходимости формирования окисной пленки на поверхности металлического слоя (а это характерно для процессов формирования многослойной металлизации) пригодными оказываются только методы газофазного осаждения.
2. Механизм роста и кинетика окисления.
При выдержке кремниевой подложки в атмосфере, содержащей кислород, происходит быстрое формирование окисной пленки. Химические реакции, описывающие процесс термического окисления кремния в кислороде или парах воды, имеют следующий вид:
Si тв. + O2 SiO2 (1)
Si тв. + 2H2OSiO2 +2H2 . (2)
Рис.1. Рост SiO2 .
Основной процесс, происходящий при этом, заключается в перераспределении валентных электронов между кремнием и кислородом. Связь кислород—кремний представляет собой ковалентную связь. При протекании процесса окисления граница раздела Si – SiO2 двигается в глубь кремниевой подложки, однако происходящее при этом расширение объема приводит к тому, что внешняя поверхность пленки SiO2 не совпадает с первоначальной поверхностью кремния. Если обратиться к значениям плотности и молекулярному весу Si и SiO2 , то можно показать, что рост окисной пленки толщиной d происходит за счет слоя кремния толщиной 0,44 d (рис.1).