Особенности окисления в реальном технологическом процессе

Модель Дила-Гроува и большинство других моделей термического окисления кремния предполагают либо полное отсутствие окисла на поверхности кремния, либо существование тонкого «естественного» окисла толщиной 1-2 нм (х0). Однако в реальном маршруте изготовления интегральных структур термообработки, в том числе в окисляющей среде, повторяются многократно, причем на многих участках поверхности схемы окисел предварительно не удаляется, тем самым первоначально выращенная пленка Si02 подвергается многократному воздействию, при котором рост окисла продолжается каждый раз в новых условиях.

В результате этих обработок, как установлено экспериментально, меняются структурные свойства окисла — его коэффициент преломления, плотность и сама кристаллическая структура, что вызывает изменения величины коэффициентов диффузии в окисле как окисляющих частиц (в частности, коэффициент диффузии кислорода увеличивается примерно на порядок), так и примесей. Обнаружено, что плотность первоначально выращенного при температуре 900 °С в атмосфере сухого кислорода окисла после многократных термообработок уменьшается примерно на 10%, т. е. окисел «разрыхляется». Подобное явление наблюдалось и при росте окисла под действием напряжений, меняющих структуру зародышей Si02. Плотность окисла после термооб-

з

работок имеет значение р = 2,2 г/см , что соответствует аморфному Si-Si02 .

Для объяснения этого явления была предложена модель «разбухания» окисла при отжиге в инертной среде и кислороде с учетом предыстории. Эта модель является модификацией Д-Г и рассматривает не три, а четыре потока при окислении (рис. 2.1):

Диаграмма повторного окисления кремния

Рис. 2.1. Диаграмма повторного окисления кремния: х0 — суммарная толщина окисла; хп — толщина нового окисла

где Fх, F2, F3 — потоки модели Д-Г; Fn — перенос окислителя в новом окисле; h — константа массопереноса (скорости адсорбции) молекул окислителя через внешнюю поверхность окисла; С*, С0 и С; — концентрации окислителя модели Д-Г; Сп — концентрация окислителя в пленке нового окисла у его границы с первоначальным («старым») окислом; х0, х„ и D0, Dn — соответственно толщины и коэффициенты диффузии окислителя в старом и новом окислах.

Уравнение

описывает кинетику окисления (см. уравнение (2.1) в разд. 1).

Решением этого уравнения является обычная зависимость где В = Вп = 2Dn C*/N,

Решение этого уравнения приводит к неожиданному результату: кинетика объемного процесса диффузии молекул окислителя описывается не через параболическую, а через линейную константу, характеризующую обычно химическую реакцию с кремнием. Для коэффициента диффузии кислорода предложена аппроксимация, использующая зависимость от плотности окисла:

где р„, р0 — плотности нового и старого окислов; у = = 0,043 г/см3.

Предполагается, что кислород диффундирует по междоу- зельным каналам в Si02. Из предложенной модели следует, что повторное окисление первоначального окисла с температурой ниже температуры его роста не меняет его плотности. При более высокой температуре окисления его плотность меняется, приближаясь к той, которая должна наблюдаться при этой повышенной температуре. Причем изменение плотности в окисляющей среде происходит значительно быстрее, чем при отжиге в инертной атмосфере.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >