Основные технологические процессы микроэлектроники, страница 2

Для диффузии из бесконечного источника

Как и при гауссовом распределении примеси  и  коэффициент диффузии и время проведения диффузионного процесса.

В прежних технологических процессах для получения больших глубин залегания переходов и больших концентраций в диффузионных слоях применялась загонка примеси из фосфоросиликатного стекла (ФСС) и боросиликатного стекла (БСС). Естественно при этом слои ФСС и БСС на поверхности и выполняли роль бесконечных источников, поддерживая на все время загонки на поверхности концентрацию, соответствующую предельной растворимости примеси при выбранной температуре. На рис. 36 и 37 показаны распределения erfc- и Гаусса для одинаковых поверхностных концентраций и одинаковых значений .

Из рисунков видно, что в отличие от гауссианы, у которой  функция    при малых , поэтому  и при малых  поток  всегда больше нуля.

Вместе с тем, с увеличением времени диффузии для бесконечного источника концентрация  остается постоянной и увеличивается глубина проникновения примеси. Для диффузии из конечного источника количество примеси остается постоянным, увеличивается глубина залегания перехода и уменьшается максимальная концентрация примеси на поверхности, потоки   всегда равны нулю на поверхности при  и в глубине при  .

3.2. Окисление

Окисление предшествует выращиванию диффузионных и ионно-легированных слоев, поскольку примеси внедряются сквозь окна в защитном окисле. Отжиг внедренной примеси или разгонка также идут чаще всего в окислительной среде, так что примесь не только диффундирует сквозь кремний, но и перераспределяется между окислом и кремнием.

Сам процесс окисления проводится при повышенных температурах от 700 до 1200С и состоит из диффузии кислорода сквозь уже выросший слой окисла к поверхности кремния, а  затем уже на границе  происходит химическая реакция: 

Аналогично идет и окисление в парах воды:

Последняя реакция идет гораздо быстрее и применяется для наращивания окислов большой толщины, например, в процессах локального окисления и выращивания мелких изолирующих канавок. Для формирования окисла  толщиной поглощается слой кремния толщиной .

В хорошо описанной в литературе модели Дила-Гроува [9] толщина окисла  связана с временем окисления t квадратным уравнением:

;

где   -время выращивания начальной толщины окисла . При достаточно длительном окислении без начального окисла   , так что толщина окисла пропорциональна корню из времени. Скорость роста окисла при этом ограничивается скоростью диффузии кислорода сквозь ,  -коэффициент параболической скорости окисления.

В противоположном случае начального роста  и скорость окисления определяется скоростью химической реакции,  - коэффициент линейной скорости окисления.

Величины  и  экспоненциально зависят от температуры. Энергии активации и предэкспоненциальные множители приводятся в справочной части программ и подробно обсуждаются в литературе [9,10]. Эти коэффициенты в разумных пределах могут быть использованы в качестве подгоночных параметров для согласования модели с реальным технологическим процессом.

С практической точки зрения рост тонких окисных пленок должен происходить достаточно медленно для достижения однородности их свойств и воспроизводимости параметров. Для этих целей используются разнообразные методы получения окисных пленок, которые включают окисление в сухом кислороде с добавлением и без добавления , комплексное окисление при различных температурах и составе окислительной атмосферы, окисление во влажном кислороде, окисление при пониженном давлении, а также окисление при повышенном давлении и низкой температуре. С понижением температуры и давления в окислительной атмосфере будет, конечно, понижаться и скорость окисления. Сверхтонкие окисные пленки (< 5 нм) формируют с помощью горячей азотной кислоты, путем кипячения в воде или за счет выдерживания на воздухе при комнатной температуре. Необходимые свойства должны быть достигнуты независимо от выбора метода окисления.