Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки
Рассмотрены физические процессы, протекающие в системе О₂–SiO₂–Si под действием некогерентного излучения в период окисления кремния методом быстрой термической обработки....
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2001 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2001
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70875 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки / А.М. Светличный, О.А. Агеев, Д.А. Шляховой // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 4-5. — С. 38-43. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860024038446858240 |
|---|---|
| author | Светличный, А.М. Агеев, О.А. Шляховой, Д.А. |
| author_facet | Светличный, А.М. Агеев, О.А. Шляховой, Д.А. |
| citation_txt | Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки / А.М. Светличный, О.А. Агеев, Д.А. Шляховой // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 4-5. — С. 38-43. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Рассмотрены физические процессы, протекающие в системе О₂–SiO₂–Si под действием некогерентного излучения в период окисления кремния методом быстрой термической обработки.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:48:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 4�5
38
ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ
ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÏÎËÓ×ÅÍÈß ÒÎÍÊÈÕ ÏËÅÍÎÊ SiO2
ÌÅÒÎÄÎÌ ÁÛÑÒÐÎÉ ÒÅÐÌÈ×ÅÑÊÎÉ ÎÁÐÀÁÎÒÊÈ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
10.01 2001 ã.
Îïïîíåíò ê. ô.-ì. í. Å. Ì. ÑÅÌÀØÊÎ
Ê. ò. í. À. Ì. ÑÂÅÒËÈ×ÍÛÉ,
ê. ò. í. Î. À. ÀÃÅÅÂ, Ä. À. ØËßÕÎÂÎÉ
Ðàññìîòðåíû ôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ â ñè-
ñòåìå Î2�SiO2�Si ïîä äåéñòâèåì íå-
êîãåðåíòíîãî èçëó÷åíèÿ â ïðîöåññå áû-
ñòðîé òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ òåõíîëîãèÿ ìèêðîýëåêòðîíè-
êè îñâàèâàåò ñóáìèêðîííûå ðàçìåðû ÑÁÈÑ, ãäå òîë-
ùèíà ïîäçàòâîðíûõ äèýëåêòðèêîâ äëÿ ÊÌÎÏ ÑÁÈÑ
ñíèçèëàñü áîëåå ÷åì íà ïîðÿäîê è ïðèáëèçèëàñü ê
5�10 íì. Ñôîðìèðîâàòü òàêèå îêèñëû îáû÷íûì òåð-
ìè÷åñêèì îêèñëåíèåì ñëîæíî, ò. ê. ïðîöåññû íàãðå-
âà è îõëàæäåíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïëàñòèí â äèô-
ôóçèîííûõ ïå÷àõ î÷åíü èíåðöèîííû, ÷òî íå ïîçâî-
ëÿåò òî÷íî êîíòðîëèðîâàòü òåõíîëîãè÷åñêèå ðåæè-
ìû îêèñëåíèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðèâîäèò ê ðàçáðîñó
ýëåêòðîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ
ñòðóêòóð. Ïîýòîìó òîíêèå (10�20 íì) è óëüòðàòîí-
êèå (ìåíåå 10 íì) îêèñëû ôîðìèðóþòñÿ ìåòîäîì
áûñòðîé òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêè (ÁÒÎ) [1, 2].
Îñîáåííîñòüþ ýòîãî ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ áûñòðûé
íàãðåâ è îõëàæäåíèå ïîäëîæåê (~30�50°Ñ/ñ) ñ èñ-
ïîëüçîâàíèåì íåêîãåðåíòíûõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà. Îá-
ðàáîòêà ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïëàñòèí îñóùåñòâëÿ-
åòñÿ â ðåæèìå òåïëîâîãî áàëàíñà ñ äëèòåëüíîñòüþ
íàãðåâà îò åäèíèö äî äåñÿòêîâ ñåêóíä. Ñóùåñòâåí-
íûì äîñòîèíñòâîì òåõíîëîãèè ÁÒÎ ÿâëÿåòñÿ âîç-
ìîæíîñòü îòñëåæèâàòü ïðîöåññ îêèñëåíèÿ â ðåàëü-
íîì ðåæèìå âðåìåíè ñ òî÷íîñòüþ äî äîëåé ñåêóí-
äû. Äëÿ ýòîãî óæå èìååòñÿ òåõíîëîãè÷åñêîå îáîðó-
äîâàíèå è ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå [3, 4].
Ðàçíîîáðàçèå ðåæèìîâ îêèñëåíèÿ êðåìíèÿ ìåòî-
äîì ÁÒÎ ïðèâåëî ê ïîÿâëåíèþ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
äàííûõ, ðåäêî óêëàäûâàþùèõñÿ íà îäíîé êèíåòè-
÷åñêîé êðèâîé ðîñòà îêèñëà. Ýòî ÷àñòî çàòðóäíÿåò
îïðåäåëåíèå ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, îïèñûâàþùèõ
ôîðìèðîâàíèå äèîêñèäà êðåìíèÿ. Îäíàêî îáùåé îò-
ëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ ÁÒÎ ÿâëÿåòñÿ ôîòîííûé
íàãðåâ îêèñëÿåìûõ ïîäëîæåê. Ïîýòîìó äëÿ óñïåø-
íîãî îáúÿñíåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ íåîá-
õîäèìî ðàññìîòðåòü óñëîâèÿ ïîëó÷åíèÿ ïëåíîê, òèïû
èñïîëüçóåìûõ èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ äëÿ ÁÒÎ è îï-
ðåäåëèòü èõ âëèÿíèå íà ôîðìèðóåìóþ ñòðóêòóðó
"êðåìíèé � äèîêñèä êðåìíèÿ".
Îñîáåííîñòè òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ
ïîëó÷åíèÿ òîíêèõ ïëåíîê SiO2 ïðè ÁÒÎ
Ïîëó÷åíèå âûñîêîêà÷åñòâåííîãî äèîêñèäà êðåì-
íèÿ íåâîçìîæíî áåç òùàòåëüíîãî êîíòðîëÿ çà ÷èñ-
òîòîé òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà, ãäå îñîáóþ ðîëü
çàíèìàåò î÷èñòêà ïîäëîæêè. Íàèáîëüøåå ðàñïðîñò-
ðàíåíèå ïîëó÷èëà ïðåäîêèñëèòåëüíàÿ î÷èñòêà â òå-
÷åíèå íåñêîëüêèõ ìèíóò â ðàñòâîðàõ NH4OH, HCl,
N2SO4 íà îñíîâå ïåðåêèñè âîäîðîäà (H2O2) [1, 5] ñ
ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêîé (~30 ñ) â 1�2%-íîì ðà-
ñòâîðå HF [1, 5, 6] äëÿ óäàëåíèÿ ïðèðîäíîãî îêèñëà.
Ïðè ýòîì âñå ýòàïû îáðàáîòêè ñîïðîâîæäàþòñÿ ïðî-
ìûâàíèåì ïîäëîæåê â äåèîíèçîâàííîé âîäå.
Îïåðàöèþ î÷èñòêè è óäàëåíèÿ ïðèðîäíîãî îêèñëà
ìîæíî îñóùåñòâèòü â àòìîñôåðå HCl èëè CF4 íåïîñðåä-
ñòâåííî ïåðåä îêèñëåíèåì [7]. Ãàçîâîå òðàâëåíèå îáû÷-
íî ïðèìåíÿåòñÿ â òåõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ, â êîòî-
ðûõ îñîáåííî âàæíóþ ðîëü èãðàåò ñòðóêòóðà ïîâåðõíîñ-
òíîãî ñëîÿ (â äàííîì ñëó÷àå � ïðè ïîëó÷åíèè òîíêîãî
ïîäçàòâîðíîãî îêèñëà â ÌÄÏ-ñòðóêòóðàõ). Ýòîò ïðî-
öåññ îáû÷íî îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ 800�
1000°Ñ è îïèñûâàåòñÿ ðåàêöèåé
Si (òâ.) + 2HCl (ãàç) → SiCl2(ãàç) + H2(ãàç).
 ðàáîòå [8] ïðåäîêèñëèòåëüíàÿ î÷èñòêà ïðîâîäèëàñü
â àòìîñôåðå 1% HCl/Ar èëè H2 ïðè òåìïåðàòóðàõ 700�
900°Ñ â òå÷åíèå 20�60 ñ.
 îáùåì ñëó÷àå ïðèìåíåíèå òåõ èëè èíûõ ìåòî-
äîâ î÷èñòêè îïðåäåëÿåòñÿ è òîëùèíîé íàðóøåííîãî
ïðèïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ïîäëîæêè, è óñëîâèÿìè îêèñ-
ëåíèÿ, âûáîð êîòîðûõ îïðåäåëÿåòñÿ íåîáõîäèìîé
òîëùèíîé è ñâîéñòâàìè ôîðìèðóåìîãî îêèñëà. Òîí-
êèå ïëåíêè (10�20 íì) è îêèñëû ñ ìèíèìàëüíûì
çàðÿäîì íà ãðàíèöå Si�SiO2 îáû÷íî ïîëó÷àþò â
ñóõîì êèñëîðîäå. Âûáîð òåìïåðàòóðû îêèñëåíèÿ âëè-
ÿåò íà êà÷åñòâî ïîëó÷àåìûõ îêèñëîâ, â ÷àñòíîñòè, íà
èõ ôàçîâûé ñîñòàâ. Äëÿ ïëåíîê SiO2 òîëùèíîé 5 íì,
âûðàùåííûõ ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 1000°Ñ, èññëå-
äîâàíèÿ ïîêàçàëè çíà÷èòåëüíóþ íåîäíîðîäíîñòü ãðà-
íèöû ðàçäåëà Si�SiO2, ñîñòîÿùóþ èç àìîðôíîé è
êðèñòàëëè÷åñêîé ôàç, ÷òî ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâå-
íèþ çíà÷èòåëüíûõ òåðìè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé [9]. Â
òî æå âðåìÿ äëÿ ïëeíîê, âûðàùåííûõ ïðè òåìïåðà-
òóðå âûøå 1000°Ñ, ãðàíèöà ðàçäåëà Si�SiO2 îäíî-
ðîäíà â ïðåäåëàõ äâóõ àòîìíûõ ñëîeâ.
B áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ïëåíîê
äèîêñèäà êðåìíèÿ ñî ñòàáèëüíûìè ýëåêòðîôèçè÷åñêè-
ìè ïàðàìåòðàìè èñïîëüçóþò òåìïåðàòóðíûé äèàïàçîí
1000�1200°Ñ [2, 6]. Ïðè äàëüíåéøåì ïîâûøåíèè òåìïå-
ðàòóðû íà÷àëüíàÿ ñòàäèÿ ðîñòà ïëåíêè 5�7 íì ïðîòåêà-
åò �ìãíîâåííî�, ÷òî íå ïîçâîëÿåò òî÷íî êîíòðîëèðîâàòü
ïðîöåññ îêèñëåíèÿ. Ïðèìåíåíèå íèçêèõ òåìïåðàòóð (ìå-
íåå 1000°Ñ) äëÿ ïîëó÷åíèÿ îêèñëîâ ìåòîäîì ÁÒÎ îãðà-
íè÷åíî íå ñòîëüêî êà÷åñòâîì ïëåíîê, ñêîëüêî èõ ìåäëåí-
Ðîññèÿ, Òàãàíðîãñêèé ãîñ. ðàäèîòåõíè÷åñêèé óí-ò
Å-mail: oxid@itt.net.ru
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 4�5 39
ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ
íûì ðîñòîì (ðèñ. 1, êðèâàÿ 2). Ýòîãî óäàåòñÿ èçáåæàòü,
èñïîëüçóÿ àòìîñôåðó îêèñëèòåëÿ èç ñìåñè ñóõîãî êèñ-
ëîðîäà (96�97%) è îçîíà (3�4%) [10], ÷òî ïîçâîëÿåò ñíè-
çèòü òåìïåðàòóðó îêèñëåíèÿ äî äèàïàçîíà 600�900°Ñ çà
ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ñêîðîñòè ôîðìèðîâàíèÿ äèîêñèäà êðåì-
íèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ îáû÷íûì òåðìè÷åñêèì îêèñëåíèåì
äî 300% (ðèñ. 1, êðèâàÿ 3). Ïðèìåíåíèå âìåñòî îçîíà
äðóãèõ ãàçîâ (N2, HCl, H2 è äð.) íåçíà÷èòåëüíî âëèÿåò íà
ñêîðîñòü îêèñëåíèÿ, íî óìåíüøàåò íåîäíîðîäíîñòü è óëó÷-
øàåò ýëåêòðîôèçè÷åñêèå ïàðàìåòðû òîíêèõ ïëåíîê [11].
Îäíèì èç ñïîñîáîâ ñòàáèëèçàöèè õàðàêòåðèñòèê ïî-
ëó÷åííûõ îêèñëîâ ÿâëÿåòñÿ îòæèã, âëèÿþùèé íà èçìåíå-
íèå ôèêñèðîâàííîãî çàðÿäà â îêèñëå è ìåõàíè÷åñêèõ
íàïðÿæåíèé íà ãðàíèöå Si�SiO2 [9, 12]. Íåçàâèñèìî îò
òåìïåðàòóðû îêèñëåíèÿ, íàèáîëüøåå ñíèæåíèå ôèêñèðî-
âàííîãî çàðÿäà íàáëþäàåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå
1000°Ñ â âàêóóìå, â ðàçëè÷íûõ ãàçàõ (N2, H2, Ar è äð.), à
òàêæå â èõ ñìåñÿõ. Ìåõàíè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ, ñîãëàñíî
[9], ðåëàêñèðóþò ïðè òåìïåðàòóðàõ áîëåå 1100°Ñ â òå÷å-
íèå 10�15 c. Íàïðèìåð, â ðàáîòàõ [2, 13] ïðîöåññ îòæèãà
òîíêèõ ïëåíîê (∼15 íì) îñóùåñòâëÿëñÿ çà 10�30 ñ ïðè
1000�1200°Ñ, ÷òî ïîçâîëèëî ñôîðìèðîâàòü îêèñëû, ïî
ýëåêòðè÷åñêèì ïàðàìåòðàì íå óñòóïàþùèå ïëåíêàì, ïî-
ëó÷åííûì îáû÷íûì òåðìè÷åñêèì ñïîñîáîì.  ðàáîòå [14]
îêèñëåíèå êðåìíèÿ â ñóõîì êèñëîðîäå ÷åðåäîâàëîñü ñ
îòæèãîì â àðãîíå ïðè òåìïåðàòóðå 900°Ñ. Ïðè ýòîì íà-
áëþäàëàñü çàâèñèìîñòü òîëùèíû îêèñëà îò âðåìåíè
îòæèãà ìåæäó öèêëàìè îêèñëåíèÿ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî
î÷åíü áûñòðûé ðîñò îêèñëà (ðèñ. 1, êðèâàÿ 4) ñâÿçàí ñ
ðåëàêñàöèåé íàïðÿæåíèé è, âîçìîæíî, ñ èçìåíåíèåì çàðÿ-
äîâûõ ñîñòîÿíèé, âëèÿþùèõ íà ñêîðîñòü ðîñòà ïëåíêè.
Èñòî÷íèêè èçëó÷åíèÿ ïðè îêèñëåíèè Si
ñ ïîìîùüþ ÁÒÎ
Ðàçíîîáðàçèå òåìïåðàòóðíûõ ðåæèìîâ ôîðìèðî-
âàíèÿ è îòæèãà òîíêèõ ïëåíîê âî ìíîãîì îïðåäåëÿ-
åòñÿ èñòî÷íèêîì íàãðåâà. Îò åãî õàðàêòåðèñòèê âî
ìíîãîì çàâèñèò êîíñòðóêöèÿ óñòàíîâêè äëÿ ÁÒÎ è
ïàðàìåòðû òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà, ÷òî, â êîíå÷-
íîì èòîãå, îïðåäåëÿåò êà÷åñòâî îêèñëà. Ïîýòîìó ê
èñòî÷íèêó èçëó÷åíèÿ ïðåäúÿâëÿþòñÿ òðåáîâàíèÿ
âðåìåííîé ñòàáèëüíîñòè ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñ-
òèê, âûñîêîé ïëîòíîñòè è ðàâíîìåðíîñòè ñâåòîâîãî
ïîòîêà, íàäåæíîñòè è ò. ä. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ èíòå-
ðåñ ê íåêîãåðåíòíûì èñòî÷íèêàì èçëó÷åíèÿ âûçâàí
èõ âëèÿíèåì íà êèíåòèêó ðîñòà îêèñëà ÷åðåç ôîòî-
ñòèìóëèðîâàííûå ïðîöåññû â îáúåìå ãàçîâîé ôàçû
è ïîäëîæêè â òå÷åíèå îêèñëåíèÿ, ÷òî ïîäòâåðæäåíî
ðÿäîì ðàáîò [15, 16] (ðèñ. 2).
Ïðèìåíÿåìûå èñòî÷íèêè ìîæíî ðàçäåëèòü ïî ñïåêò-
ðó èçëó÷åíèÿ íà èíôðàêðàñíûå (ÈÊ), âèäèìûå è óëüò-
ðàôèîëåòîâûå (ÓÔ). Ê ïåðâîìó è âòîðîìó òèïàì îòíî-
ñÿòñÿ øèðîêî èñïîëüçóåìûå äëÿ íàãðåâà ïîäëîæåê ïðè
ÁÒÎ ãàëîãåííûå ëàìïû ñ âîëüôðàìîâîé íèòüþ. Øèðî-
êèé ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ýòèõ ëàìï (0,2�4 ìêì) õîðîøî
ñîãëàñóåòñÿ ñî ñïåêòðîì ïîãëîùåíèÿ êðåìíèåâîé ïëàñ-
òèíû. Îäíàêî ñíèæåíèå èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ íèæå
0,4�0,5 ìêì íå ïîçâîëÿåò ãîâîðèòü î ãàëîãåííûõ ëàì-
ïàõ êàê îá ýôôåêòèâíûõ èñòî÷íèêàõ ôîòîñòèìóëèðóå-
ìûõ ðåàêöèé ñ ýíåðãèåé àêòèâàöèè 4�5 ýÂ [15�17].
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ÓÔ-èçëó÷åíèÿ ïîëó÷èëè ðàñ-
ïðîñòðàíåíèå ðòóòíûå ýëåêòðîäóãîâûå ëàìïû [12], ñ óñ-
ïåõîì ïðèìåíÿåìûå äëÿ îòæèãà ïðèïîâåðõíîñòíûõ ñëî-
åâ ïîäëîæåê (1�10 ìêì) è äëÿ àêòèâàöèè ôîòîõèìè÷åñ-
êèõ ïðîöåññîâ ïðè ãàçîôàçíîì îñàæäåíèè ïëåíîê. Èõ
ïðèìåíåíèå â òåõíîëîãèè ÁÒÎ îêàçûâàåò âëèÿíèå íà
êèíåòèêó ðîñòà îêèñëà êðåìíèÿ. Íàãðåâ ïîäëîæåê ðòóò-
íûìè ëàìïàìè â ðåæèìå òåïëîâîãî áàëàíñà íåâîçìîæåí,
ïîýòîìó èõ èñïîëüçóþò ñîâìåñòíî ñ ãàëîãåííûìè èñòî÷-
íèêàìè, ÷òî îãðàíè÷èâàåò äèàïàçîí ðåæèìîâ îáðàáîòêè.
 ïîñëåäíåå âðåìÿ âûðîñ èíòåðåñ ê íîâîìó ïîêîëå-
íèþ ýêñèìåðíûõ ëàìï, èçëó÷àþùèõ â âèäèìîé è ÓÔ-
îáëàñòè ñïåêòðà [16]. Ýòî ñâÿçàíî ñ ðàçâèòèåì íèçêî-
òåìïåðàòóðíûõ ïðîöåññîâ îêèñëåíèÿ è îòæèãà ìåòîäîì
ÁÒÎ, ñòèìóëèðóåìûõ êîðîòêîâîëíîâûì èçëó÷åíèåì. Ê
äîñòîèíñòâàì ýòèõ ëàìï ñëåäóåò îòíåñòè âûñîêóþ ìîù-
íîñòü è ýôôåêòèâíîñòü èçëó÷åíèÿ. Ïðè ýòîì áîëüøîå
Ðèñ. 1. Çàâèñèìîñòü òîëùèíû îêèñëà îò âðåìåíè îêèñ-
ëåíèÿ ïðè 900°Ñ:
1 � îáû÷íîå òåðìè÷åñêîå îêèñëåíèå â ñóõîì Î2; 2 � îêèñ-
ëåíèå ìåòîäîì ÁÒÎ â Î2; 3 � îêèñëåíèå ìåòîäîì ÁÒÎ â
Î2+Î3; 4 � ÷åðåäîâàíèå ýòàïîâ îêèñëåíèÿ â Î2 è îòæèãà â
Ar ïðè 1150°Ñ
120
100
80
60
40
20
0 20 40 60 80 100
Âðåìÿ îêèñëåíèÿ, ñ
4
3
2
1
Ò
îë
ù
èí
à
îê
èñ
ëà
,
Å
Ðèñ. 2. Ñðàâíåíèå òîëùèíû îêèñëîâ, ñôîðìèðîâàííûõ
ìåòîäîì ÁÒÎ ñ ïðèìåíåíèåì ðàçëè÷íûõ èñòî÷íèêîâ
èçëó÷åíèÿ è òåðìè÷åñêèì îêèñëåíèåì â Î2 è Î3
140
120
100
80
60
40
20
0 20 40 60 80 100 120 140
Âðåìÿ îêèñëåíèÿ, ìèí
Ò
îë
ù
èí
à
îê
èñ
ëà
,
Å
ýêñèìåðíûå ëàìïû
àòìîñôåðà îçîíà
ÓÔ-ëàìïû
ãàëîãåííûå ëàìïû
îáû÷íîå îêèñëåíèå
ïðèðîäíûé îêèñåë
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 4�5
40
ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ
ðàçíîîáðàçèå ýêñèìåðíûõ ìîëåêóë (Ar2*, Kr2*, Xe2*, ArCl*,
ArF*, KrCl*, HgNe*, HgAr* è äð.) ïoçâîëÿåò ïîëó÷àòü èñòî÷-
íèêè ñ ìàêñèìóìîì èçëó÷åíèÿ â îáëàñòè äëèí âîëí 110�
650 íì ñ ó÷åòîì ñïåêòðà è êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ îá-
ðàáàòûâàåìîãî âåùåñòâà (ðèñ. 3).
Ïðèìåíåíèå èñòî÷íèêîâ ðàçëè÷íîãî ñïåêòðàëü-
íîãî ñîñòàâà è ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ äëÿ ÁÒÎ ñóùå-
ñòâåííî çàâèñèò îò êîíñòðóêòèâíûõ îñîáåííîñòåé
ðåàêòîðà [3, 4]. Îðèåíòàöèÿ ïëàñòèíû îòíîñèòåëüíî
èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ, åå òîëùèíà, òèï èñïîëüçóå-
ìûõ äåðæàòåëåé ïîäëîæåê, òåïëîîòâîäîâ è äð. òàê-
æå âëèÿåò íà îáëó÷åííîñòü ïîëóïðîâîäíèêîâîé
ñòðóêòóðû, òåìïåðàòóðó íàãðåâà è, ñëåäîâàòåëüíî, íà
êèíåòèêó îêèñëåíèÿ êðåìíèÿ [18�20]. Äëÿ âûÿñ-
íåíèÿ ìåõàíèçìîâ âëèÿíèÿ ýòèõ ôàêòîðîâ íà êèíå-
òèêó ïðîöåññà îêèñëåíèÿ íåîáõîäèìî ðàññìîòðåòü
âîçäåéñòâèå èçëó÷åíèÿ íà ñèñòåìó Si�SiO2.
Âëèÿíèå èçëó÷åíèÿ íà ôîðìèðîâàíèå äèîêñèäà
êðåìíèÿ
Èçâåñòíî, ÷òî òîíêèé îêèñåë â óñëîâèÿõ îáû÷íî-
ãî òåðìè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ ðàñòåò çíà÷èòåëüíî áûñ-
òðåå, ÷åì ïðåäñêàçûâàåò ëèíåéíî-ïàðàáîëè÷åñêàÿ
ìîäåëü îêèñëåíèÿ Äèëà�Ãðîóâà [21], ïîýòîìó äëÿ
òåîðåòè÷åñêîãî îáîñíîâàíèÿ êèíåòèêè ðîñòà îêèñ-
ëîâ áûë ðàçðàáîòàí ðÿä ìîäåëåé, îñíîâàííûõ íà
îáúåìíîé äèôôóçèè çàðÿæåííûõ ÷àñòèö èëè íåéò-
ðàëüíûõ ïàð, íà ýôôåêòàõ òóííåëèðîâàíèÿ ýëåêòðî-
íîâ, îáðàçîâàíèÿ ñëîÿ ïðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà, ãå-
íåðàöèè óïðóãèõ íàïðÿæåíèé, íà èçìåíåíèè ñòðóêòó-
ðû îêèñëà è äð. [22, 23]. Îäíàêî íè îäèí èç óêàçàí-
íûõ ìåõàíèçìîâ íå ìîæåò ïîëíîñòüþ îáúÿñíèòü ýê-
ñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå. Êèíåòèêà îêèñëåíèÿ ïðè
ïîëó÷åíèè òîíêèõ è óëüòðàòîíêèõ ïëåíîê ñ ïðèìå-
íåíèåì ÁÒÎ äîñòàòî÷íî ñëîæíà, ò. ê. íà ïðîöåññ
îêàçûâàåò âëèÿíèå ôîòîñòèìóëèðîâàííîå îêèñëåíèå.
Âëèÿíèå òåõíîëîãèè ïîëó÷åíèÿ îêèñëà íà ñêî-
ðîñòü ðîñòà ïëåíîê ìîæíî îáíàðóæèòü, ñðàâíèâ êðè-
âûå ðîñòà îêèñëà èç ðàáîò ïî îêèñëåíèþ êðåìíèÿ
ìåòîäîì ÁÒÎ [1, 2, 6] è îáû÷íîìó òåðìè÷åñêîìó
îêèñëåíèþ [5, 24].  ñëó÷àå íàãðåâà ïîäëîæêè íåêî-
ãåðåíòíûìè èñòî÷íèêàìè èçëó÷åíèÿ ïëåíêà äèîêñè-
äà êðåìíèÿ òîëùèíîé 10�20 íì ðàñòåò â 5�10 ðàç
áûñòðåå, ÷åì ïðè îáû÷íîì òåðìè÷åñêîì îêèñëåíèè
(ðèñ. 2). Ïðåäïîëàãàþò, ÷òî ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî
ïóòåé, ïî êîòîðûì ìîæåò ïðîõîäèòü ðåàêöèÿ ôîð-
ìèðîâàíèÿ îêèñëà.  ñëó÷àå ÁÒÎ, âåðîÿòíî, íåîáõî-
äèìî ðàññìàòðèâàòü äâà íåçàâèñèìûõ è ïàðàëëåëüíî
èäóùèõ ïðîöåññà: ôîòîñòèìóëèðîâàííîå è òåðìî-
ñòèìóëèðîâàííîå îêèñëåíèå.
Ôîòîñòèìóëèðîâàííàÿ ðåàêöèÿ â óñëîâèÿõ ÁÒÎ
ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî ñëîæíîé, è åå õîä çàâèñèò
îò ìîùíîñòè è äèàïàçîíà èçëó÷åíèÿ ïðèìåíÿåìûõ
èñòî÷íèêîâ, ò. ê. âîçäåéñòâèå èçëó÷åíèÿ íà òâåðäûå
òåëà è ãàçû ïîðîæäàåò â íèõ ôèçèêî-õèìè÷åñêèå
ïðîöåññû, êîòîðûå îïðåäåëÿþòñÿ ñâîéñòâàìè îáëó-
÷àåìîãî ìàòåðèàëà è ýíåðãèåé ôîòîíîâ [16, 25]. Â
ñëó÷àå îêèñëåíèÿ êðåìíèÿ ìåòîäîì ÁÒÎ ñèñòåìà
O2�SiO2�Si, ïîëó÷èâøàÿ ýíåðãèþ èçâíå, ñòðåìèòñÿ
ê ðåëàêñàöèè, êîòîðàÿ, âåðîÿòíî, èäåò ÷åðåç ïîñëåäî-
âàòåëüíîñòü ðåàêöèé, âëèÿþùèõ íà äèíàìèêó ðîñòà
îêèñëà.
Âîçìîæíûì ýôôåêòîì ôîòîñòèìóëèðîâàííîãî îêèñ-
ëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ äèññîöèàöèÿ îêèñëèòåëÿ â ãàçîâîé ôàçå
ïîä äåéñòâèåì ôîòîíîâ ñ ýíåðãèåé âûøå 5 ýÂ ñ ïîÿâëå-
íèåì àòîìàðíîãî êèñëîðîäà, êîòîðûé, ðåàãèðóÿ ñ ìîëå-
êóëÿðíûì êèñëîðîäîì, îáðàçóåò îçîí. Ìîëåêóëû îçîíà,
àäñîðáèðóÿñü íà ãîðÿ÷åé ïîâåðõíîñòè ïîäëîæêè, äèññî-
öèèðóþò íà ìîëåêóëÿðíûé è àòîìàðíûé êèñëîðîä. Ïîñ-
ëåäíèé, âñëåäñòâèå ìåíüøèõ ðàçìåðîâ, áûñòðåå äîñòèãàåò
ãðàíèöû Si�SiO2 è ýôôåêòèâíåå âñòðàèâàåòñÿ â ðåøåò-
êó îêèñëà, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè ðîñòà
äèîêñèäà êðåìíèÿ [10]. Â ñïåêòðå øèðîêî ïðèìåíÿå-
ìûõ äëÿ ÁÒÎ ãàëîãåííûõ èëè êñåíîíîâûõ ëàìï äîëÿ
ôîòîíîâ ñ ýíåðãèåé ñâûøå 5 ýÂ ìàëà, ïîýòîìó êîíöåíò-
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ ýêñèìåðíûõ ëàìï îò ãàçà-íàïîëíèòåëÿ â ñðàâíåíèè ñ ýíåðãèåé,
íåîáõîäèìîé äëÿ äèññîöèàöèè íåêîòîðûõ ìîëåêóë ãàçîâ, èñïîëüçóåìûõ â ìèêðîýëåêòðîííîé òåõíîëîãèè
100 150 200 250 300 350 400
Ar*2 Kr*2 F*2 Xe*2 ArF* KrCl* KrF* Cl*2 XeBr* XeCl* I*2 XeF* XeMg* HgI*
Äëèíà âîëíû èçëó÷åíèÿ, íì
Ýíåðãèÿ äèññîöèàöèè, ýÂ
10 8 7 6 5 4 3
N=N C=O N=O N�F O�H H2 C�H H�Br C�C C�Cl C�Br
C=N C=C C=C O�O H�Cl N�H C�O N�F
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 4�5 41
ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ
ðàöèåé àòîìàðíîãî êèñëîðîäà â àòìîñôåðå îêèñëèòåëÿ
ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Íàïðîòèâ, èñïîëüçîâàíèå ýêñèìåð-
íûõ èñòî÷íèêîâ ñî ñïåêòðîì èçëó÷åíèÿ, ñìåùåííûì â
êîðîòêîâîëíîâóþ îáëàñòü, ïðèâåëî ê ñóùåñòâåííîìó ïî-
âûøåíèþ êîíöåíòðàöèè àòîìàðíîãî êèñëîðîäà è îçîíà
â àòìîñôåðå îêèñëèòåëÿ, âëèÿíèå êîòîðûõ íà ïðîöåññ
ðîñòà äèýëåêòðèêà ïîêàçàíî â ðàáîòàõ [10, 16]. Ïðè äîëå
îçîíà 3�4% â ñðåäå ñóõîãî êèñëîðîäà íàáëþäàëîñü óâå-
ëè÷åíèå ñêîðîñòè ðîñòà îêèñëà íà 300, 250 è 50% äëÿ
òåìïåðàòóð 600, 800 è 950°Ñ, ñîîòâåòñòâåííî, ïî ñðàâíå-
íèþ ñ îáû÷íûì òåðìè÷åñêèì îêèñëåíèåì.
Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî óñêîðåíèå ðîñòà îêèñëà ñâÿçàíî
ñ íàëè÷èåì àòîìàðíîãî êèñëîðîäà íà ãðàíèöå Si�SiO2,
îáðàçóþùåãîñÿ ïðè äèññîöèàöèè àäñîðáèðîâàâøèõñÿ ìî-
ëåêóë îçîíà íà ãîðÿ÷åé ïîâåðõíîñòè ïîäëîæêè. Ïðè ýòîì
â îáëàñòè íèçêèõ òåìïåðàòóð, êîãäà ìîëåêóëÿðíûé êèñ-
ëîðîä ñëàáî ðåàãèðóåò ñ êðåìíèåì (ýíåðãèÿ àêòèâàöèè
ðåàêöèè Ea≈1,7 ýÂ [5, 10]), àòîìàðíûé êèñëîðîä ýôôåê-
òèâíî ó÷àñòâóåò â îáðàçîâàíèè îêèñëà (Ea≈0,22 ý [10]),
à ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû íà÷èíàåò ïðåîáëàäàòü ðå-
àêöèÿ îáû÷íîãî òåðìè÷åñêîãî îêèñëåíèÿ. Ïðè ïðèìåíå-
íèè äðóãèõ ãàçîâ â êà÷åñòâå äîáàâîê ê àòìîñôåðå êèñëî-
ðîäà íåîáõîäèìî òàêæå ó÷èòûâàòü ÿâëåíèÿ èõ äèññîöè-
àöèè, â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ïðîòåêàþùèõ áîëåå èíòåí-
ñèâíî (H2 � ∼4,5 ýÂ; HCl � ∼4,4 ýÂ; NH � ∼4 ýÂ; HBr
� ∼3,8 ýÂ; CO � ∼3,7 ýÂ; NF � ∼3 ýÂ) â äèàïàçîíå
äëèí âîëí 250�400 íì [16] (ðèñ. 3).
Ïîòîê ñâåòà, ïðîéäÿ ÷åðåç àòìîñôåðó îêèñëèòå-
ëÿ, äîñòèãàåò ñèñòåìû Si�SiO2, ãäå ÷àñòü èçëó÷åíèÿ
ïîãëîùàåòñÿ, ïðèâîäÿ ê íàãðåâó êðåìíèåâîé ïîä-
ëîæêè [12, 25].  îáùåì ñëó÷àå, ïîãëîùåíèå çàâèñèò
îò ñòåïåíè ëåãèðîâàíèÿ ïîäëîæêè è ýíåðãèè ôîòî-
íîâ è õàðàêòåðèçóåòñÿ ñëåäóþùèìè îñíîâíûìè âè-
äàìè � íà ñâîáîäíûõ íîñèòåëÿõ, ñîáñòâåííîå, íà
èîíèçèðîâàííûõ ñîñòîÿíèÿõ [26, c. 465].
Ïðåîáëàäàíèå ðàçëè÷íûõ âèäîâ ïîãëîùåíèÿ äëÿ ïîä-
ëîæåê ñ ðàçëè÷íîé ïðîâîäèìîñòüþ íà äëèíàõ âîëí 1,3
è 1,55 ìêì â îáëàñòè òåìïåðàòóð 400�900°Ñ íàáëþäà-
ëîñü â ðàáîòå [27]. Äëÿ íèçêîëåãèðîâàííûõ êðåìíèå-
âûõ ïëàñòèí â ýòîì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð íà äëèíå âîë-
íû 1,55 ìêì ïðåîáëàäàëî ïîãëîùåíèå íà ñâîáîäíûõ íî-
ñèòåëÿõ çàðÿäà, à ïðè 1,3 ìêì � ñîáñòâåííîå. Ýòî, âåðî-
ÿòíî, îêàçûâàåò âëèÿíèå íà õàðàêòåð èäóùèõ â êðåìíèè
ôîòîõèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ è, ñëåäîâàòåëüíî, íà ôîðìè-
ðîâàíèå äèîêñèäà êðåìíèÿ, ÷òî íàèáîëåå ÿðêî íàáëþäà-
åòñÿ ïðè îáëó÷åíèè ñèñòåìû Si�SiO2 êîðîòêîâîëíîâûì
îïòè÷åñêèì èçëó÷åíèåì [15, 16, 28].  ðàáîòå [15] ó÷àñòîê
òåðìè÷åñêè îêèñëÿåìîãî îáðàçöà êðåìíèÿ îñâåùàëñÿ
ëàçåðîì ñ ïåðåñòðàèâàåìîé äëèíîé âîëíû 514 è 488 íì,
ïðè ýòîì íàáëþäàëîñü óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè ðîñòà îêñè-
äà íà 20% (514 íì) è íà 25% (488 íì). Èçìåíåíèå ìîù-
íîñòè èçëó÷åíèÿ ëàçåðà òàêæå óñêîðÿëî ðîñò îêèñëà.
Áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè îêèñëåíèÿ
çàâèñèò îò óðîâíÿ ëåãèðîâàíèÿ ïîäëîæêè, êðîìå òîãî, äëÿ
ïëàñòèí p-òèïà ýòîò ýôôåêò ìàêñèìàëåí, à äëÿ n-òèïà
ìèíèìàëåí.
Ïðè îáëó÷åíèè íàáëþäàëîñü èçìåíåíèå ïëîòíîñòè
ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé íà ãðàíèöå ðàçäåëà "îêèñåë�
ïîëóïðîâîäíèê" è íàêîïëåíèå îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà â
ïëåíêå äèîêñèäà êðåìíèÿ � êàê ïðåäïîëàãàåòñÿ, çà ñ÷åò
íàäáàðüåðíîé èíæåêöèè ýëåêòðîíîâ èç Si�SiO2 [28].
 ýòîì ñëó÷àå îáðàçîâàíèå çàðÿæåííûõ àòîìàðíûõ èëè
ìîëåêóëÿðíûõ ÷àñòèö êèñëîðîäà â ïëåíêå îêèñëà èäåò
çà ñ÷åò ïåðåõîäà ýëåêòðîíîâ èç çîíû ïðîâîäèìîñòè (ÇÏ)
êðåìíèÿ â ÇÏ SiO2 è ïîñëåäóþùåé ðåàêöèè ñ ìîëåêó-
ëÿðíûì êèñëîðîäîì. Ïðè ýòîì ýëåêòðîíàì íåîáõîäè-
ìî ïðåîäîëåòü áàðüåð âûñîòîé ïîðÿäêà 3,15 ýÂ [17, 26]
(ðèñ. 4). Íî íàèáîëåå âåðîÿòíîé ÿâëÿåòñÿ ýìèññèÿ ýëåê-
òðîíîâ â ïåðåõîäíûé ñëîé SiOx, íàõîäÿùèéñÿ ìåæäó Si è
SiO2 è ñâÿçàííûé ñ ïåðåñòðîéêîé êðèñòàëëè÷åñêîé
ñòðóêòóðû êðåìíèÿ â ñòðóêòóðó SiO2. Òîëùèíà SiOx
ëåæèò â ïðåäåëàõ îò íåñêîëüêèõ àíãñòðåì äî 3 íì â çà-
âèñèìîñòè îò ïðåäûñòîðèè è òîëùèíû îêèñëà [9]. Âå-
ëè÷èíà áàðüåðà ìåæäó ÇÏ Si è ÇÏ SiOx ìåíåå 1 ýÂ,
ïîýòîìó ôîòîýìèññèÿ ýëåêòðîíîâ èç êðåìíèÿ â îáëàñòü
ïåðåõîäíîãî ñëîÿ áóäåò ýôôåêòèâíîé. Â ýòèõ óñëîâèÿõ
ñëîé SiOx áóäåò íàñûùåí ñâîáîäíûìè íîñèòåëÿìè çàðÿ-
äîâ, êîòîðûå ìîãóò áûòü çàõâà÷åíû íà ïîëîæèòåëüíî çà-
ðÿæåííûå ëîâóøêè è âñòóïàòü â ðåàêöèþ ñ ìîëåêóëÿð-
íûì êèñëîðîäîì, ó÷èòûâàÿ ýíåðãèè ñðîäñòâà ê ýëåêòðî-
íó (Ee) 1,46 è 0,4 ýÂ äëÿ O è O2, ñîîòâåòñòâåííî, ïî
ñëåäóþùåé ñõåìå [10, 15, 17]:
O2 + e = O2
�(Ee ≈0,4 ýÂ),
O2
� + e = O + O� + e(Ee ≥1,5 ýÂ),
O2
� + hν = O + O�(hν ≥1,5 ýÂ),
O + e = O� (Ee ≥1,46 ýÂ).
Äâèæåíèå çàðÿæåííûõ ÷àñòèö îêèñëèòåëÿ ê ìåæôàç-
íîé ãðàíèöå Si�SiOx îáóñëîâëåíî ãðàäèåíòîì êîíöåíò-
ðàöèè è äðåéôîì ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ
îáúåìíîãî çàðÿäà. Òàêèì îáðàçîì, êàê è â ñëó÷àå äèññî-
öèàöèè ìîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîäà â ãàçîâîé ôàçå, ê ãðà-
íèöå ðàçäåëà Si�SiO2 ïîäõîäèò àòîìàðíûé êèñëîðîä è
âñòóïàåò â ðåàêöèþ ñ êðåìíèåì ñ îáðàçîâàíèåì äèîêñè-
äà êðåìíèÿ. Ýòà ðåàêöèÿ ïðîòåêàåò â îáëàñòè òåìïåðà-
òóð íèæå 800�850°Ñ áîëåå ýôôåêòèâíî, ÷åì ñòàíäàðò-
íàÿ ðåàêöèÿ [15, 17].
Ïðè àíàëèçå ôîòîñòèìóëèðîâàííûõ ðåàêöèé íå-
îáõîäèìî ó÷èòûâàòü êîíöåíòðàöèþ è ãëóáèíó ïðî-
íèêíîâåíèÿ ýëåêòðîíîâ â äèýëåêòðèê, à òàêæå ñêî-
ðîñòü äèôôóçèè àòîìàðíîãî êèñëîðîäà ê ãðàíèöå
ðàçäåëà Si�SiO2.
Ðàñòóùèé îêèñåë íà ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ òàêæå
âëèÿåò íà ïîãëîùåíèå èçëó÷åíèÿ ïîäëîæêîé. Íàëè-
÷èå äèýëåêòðè÷åñêîé ïëåíêè ñïîñîáñòâóåò èçìåíå-
Å, ýÂ
0
�4
�8
�12
SiO2 SiOx Si
E0
Ec0
EcSi
EVSi
EV
ýô
EV0
Ðèñ. 4. Çîííàÿ äèàãðàììà ñòðóêòóðû SiO2�Si:
Å0 � óðîâåíü âàêóóìà; Åñ0 � óðîâåíü çîíû ïðîâîäèìîñòè
îêèñëà; ÅñSi � óðîâåíü çîíû ïðîâîäèìîñòè êðåìíèÿ; ÅVSi �
óðîâåíü âàëåíòíîé çîíû êðåìíèÿ; EV
ýô � ýôôåêòèâíûé âàëåí-
òíûé óðîâåíü; EV0 � óðîâåíü âàëåíòíîé çîíû îêèñëà; SiOx �
îêèñåë ñ ïåðåìåííûì ñîñòàâîì [26]
6
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 4�5
42
ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ
íèþ êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ èçëó÷åíèÿ â ïîä-
ëîæêå íà 10�30% áëàãîäàðÿ ïðîñâåòëÿþùåìó ýô-
ôåêòó íà ãðàíèöå ðàçäåëà Si�SiO2. Ýòî òðåáóåò ó÷å-
òà êîýôôèöèåíòà ïðåëîìëåíèÿ êðåìíèÿ è äèîêñèäà
êðåìíèÿ, òîëùèíû ïëåíêè è äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ
[25]. Ïîãëîùåíèå èçëó÷åíèÿ äèîêñèäîì êðåìíèÿ â
îáëàñòè äëèí âîëí 200�6000 íì íåçíà÷èòåëüíî.
Îíî îïðåäåëÿåòñÿ íàëè÷èåì ïðèìåñíûõ öåíòðîâ â
çàïðåùåííîé çîíå SiO2 è ñîñòàâëÿåò 0,01% îò ïî-
ãëîùåíèÿ êðåìíèÿ. Â ïðîöåññå îêèñëåíèÿ ïîãëîùå-
íèå èçëó÷åíèÿ ïëåíêîé âîçðàñòàåò çà ñ÷åò íàëè÷èÿ
â íåé ìîëåêóë èëè àòîìîâ êèñëîðîäà, à òàêæå ñâî-
áîäíûõ ýëåêòðîíîâ, ïðèøåäøèõ èç êðåìíèÿ. Ñîá-
ñòâåííûì ïîãëîùåíèåì äèîêñèäà êðåìíèÿ ìîæíî
ïðåíåáðå÷ü, ò. ê. îíî ñîîòâåòñòâóåò ýíåðãèè ñâÿçè
Si�O, ðàâíîé ~9 ýÂ [26].
Ýëåêòðîôèçè÷åñêèå ïàðàìåòðû òîíêèõ ïëåíîê
äèîêñèäà êðåìíèÿ, ïîëó÷åííûõ ìåòîäîì ÁÒÎ
 áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ êà÷åñòâî ïîëó÷åííîãî
äèýëåêòðèêà îöåíèâàåòñÿ ïî ñëåäóþùèì ïàðàìåòðàì:
çàðÿä ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé Qss Êë⋅ñì�2; ïëîò-
íîñòü ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé Nss ñì
�2ýÂ�1; íà-
ïðÿæåíèå ïëîñêèõ çîí UFB Â; âåëè÷èíà ïîëÿ ïðî-
áîÿ Eïð ÌÂ/ñì. Èçìåíåíèå ýòèõ ïàðàìåòðîâ íàïðÿ-
ìóþ ñâÿçàíî ñî ñòðóêòóðîé, ôàçîâûì ñîñòàâîì ïî-
ëó÷åííîé ïëåíêè.
Ðàçëè÷èå îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ÁÒÎ, ðàçíîîáðàçèå
òåõíîëîãè÷åñêèõ ïîäõîäîâ ê ôîðìèðîâàíèþ êà÷å-
ñòâåííîãî îêèñëà çàòðóäíÿåò àíàëèç ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ äàííûõ. Îäíèì èç ïðèìåðîâ ñëóæèò ðàç-
ëè÷èå â ñêîðîñòè íàãðåâà è îõëàæäåíèÿ êðåìíèå-
âûõ ïëàñòèí â ïðîöåññå òåðìîîáðàáîòêè, ÷òî îïðå-
äåëÿåò ìåõàíè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ â ïëåíêå äèîêñè-
äà êðåìíèÿ, ñâîéñòâà ïåðåõîäíîé ãðàíèöû ðàçäåëà
Si�SiO2 è äð. Ýòè ïàðàìåòðû òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðî-
öåññà óêàçûâàþòñÿ ñðàâíèòåëüíî ðåäêî. Ïîýòîìó
êðèòåðèåì îòáîðà äëÿ îáçîðà ýëåêòðîôèçè÷åñêèõ
ïàðàìåòðîâ òîíêèõ ïëåíîê ÿâëÿëèñü îêèñëû, ñôîð-
ìèðîâàííûå â ñóõîì êèñëîðîäå.
Íàèáîëåå òèïè÷íûå ðåçóëüòàòû âëèÿíèÿ ÁÒÎ
íà õàðàêòåðèñòèêè òîíêèõ ïëåíîê ïðåäñòàâëåíû â
ðàáîòå [2], ðåçóëüòàòû êîòîðîé
ñâåäåíû â òàáë. 1.
Íàïðÿæåíèå ïëîñêèõ çîí
UFB äëÿ îêèñëîâ, ïîëó÷åííûõ
ìåòîäîì ÁÒÎ, âàðüèðîâàëîñü â
ïðåäåëàõ îò �0,34 äî �0,39 Â.
 òàáë. 2 ñîáðàíû ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûå äàííûå (I �
îêèñëåíèå ìåòîäîì ÁÒÎ, II �
îáû÷íîå òåðìè÷åñêîå îêèñëå-
íèå) èç ðàçëè÷íûõ èñòî÷íèêîâ.
Èç òàáëèö âèäíî, ÷òî òîíêèå
îêèñëû, ïîëó÷åííûå ìåòîäîì
ÁÒÎ, íå óñòóïàþò ïëåíêàì, ñôîð-
ìèðîâàííûì îáû÷íûì òåðìè÷åñ-
êèì îêèñëåíèåì. Ñëåäóåò ó÷åñòü,
÷òî ðàçâèòèå òåõíîëîãèè áûñò-
ðîé òåðìîîáðàáîòêè èäåò î÷åíü
èíòåíñèâíî, è êà÷åñòâî îêèñëîâ
ïîñòîÿííî ïîâûøàåòñÿ.
***
Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷åíèå êà÷åñòâåííîãî ïîäçàò-
âîðíîãî äèýëåêòðèêà ìåòîäîì ÁÒÎ ñâÿçàíî ñ êîíò-
ðîëåì âñåõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ýòàïîâ îêèñëåíèÿ è
îïòèìàëüíûì âûáîðîì îáîðóäîâàíèÿ � èñòî÷íè-
êîâ èçëó÷åíèÿ. Âàðüèðóÿ èõ ïàðàìåòðû, ìîæíî èç-
ìåíÿòü ïðîõîæäåíèå ôîòîñòèìóëèðîâàííûõ ðåàêöèé,
äîáèâàÿñü íóæíîé ñêîðîñòè ðîñòà è ïðèåìëåìûõ ïà-
ðàìåòðîâ ôîðìèðóåìîãî äèýëåêòðèêà. Âîçìîæíîñòü
ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû îêèñëåíèÿ äåëàåò ìåòîä ÁÒÎ
ïåðñïåêòèâíûì äëÿ ïðèìåíåíèÿ â íèçêîòåìïåðàòóð-
íîé òåõíîëîãèè ñîçäàíèÿ ñîâðåìåííûõ ÑÁÈÑ.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Chiou Y. I., Sow C. H., Li G., Ports K. A. Growth
characteristics of silicon produced by rapid thermal
oxidation processes // Appl. Phys. Lett.� Vol. 57, N 9.�
1990.� P. 881 � 883.
2. Yoshiyki Sato, Kazuhide Kiuchi. Oxidation of silicon
using lamp light radiation // J. Electrochem. Soc. � 1986.�
Vol. 133, N 3.� P. 652�654.
3. Ñâåòëè÷íûé À. Ì., Ñå÷åíîâ Ä. À., Àãååâ Î. À. Ïî-
ëÿêîâ Â. Â . Óñòàíîâêà èìïóëüñíîé òåðìîîáðàáîòêè ÈÒÎ-
18Ì // Ýëåêòðîííàÿ ïðîìûøëåííîñòü.� 1990.� ¹ 3.�
C. 62�64.
4. Ñå÷åíîâ Ä. À., Ñâåòëè÷íûé À. Ì., Ïîëÿêîâ Â. Â.,
Àãååâ Î. À. Âàêóóìíàÿ óñòàíîâêà èìïóëüñíîé òåðìè÷åñ-
êîé îáðàáîòêè ÈÒÎ-18ÌÂ // Òàì æå.� 1991.� ¹ 3.�
Ñ. 6�7.
5. Massoud Z. Hislam, Plummar D. James. Analytical
relationship for the oxidation of silicon in dry oxygen in
Áûñòðûé òåðìè÷åñêèé îòæèã â
N2
1000°Ñ 1050°Ñ
Óñëîâèÿ
îêèñëåíèÿ
ïëåíêè
òîëùèíîé
20 íì
Áåç
îòæèãà
10 c 30 c 10 c 30 c
ÁÒÎ 1050°Ñ 9,7 1,4 1,2 1,3 < 1,0
ÁÒÎ 1150°Ñ 11,7 1,3 < 1,0 < 1,0 1,6
Ïå÷ü 900°Ñ 7,4 2,3 1,7 1,0 < 1,0
Òàáëèöà 1
Ïëîòíîñòü ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé NSS (10
10 ýÂ�1ñì�2)
* � ïëåíêè, ïîëó÷åííûå îáû÷íûì òåðìè÷åñêèì ñïîñîáîì, íî ïðîøåäøèå
îòæèã â óñëîâèÿõ ÁÒÎ.
Òàáëèöà 2
Òèï
äèýëåêòðèêà
(òîëùèíà, Å)
Eïð,
ÌÂ/ñì
I, À/ñì
2
( Eïð≈ 8 ÌÂ/ñì)
Nss,
ýÂ
–1
ñì
–2 UFB, Â
Èñòî÷-
íèê
I (90)
I (110)
I (148)
I (315)
—
—
—
—
—
—
—
—
1,6·1010
7,8·1010
8,3·1010
9,9·1011
–0,95
–1
–1,57
–2,5
[6]
I (104)
II (99)
I (200)
II (250)
7,2
6,25
~8,5
~6,5
~10–11
~10–9
___
–––
—
—
––
––
—
—
––
––
[14]
II*(250) 12 ~10–10 2·1011 — [29]
I(60–160)
II(60–160)
12–15,8
6–9
2·10–9
—
4·1010
7·1010
–0,23
–0,45
[7]
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 4�5 43
ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ
the thin-film regime // J. Appl. Phys.� 1987.� Vol. 62,
N 8. � Ð. 3416�3423
6. Slaoui A., Popon J. P., Siffert P. Characterization of
thin silicon oxide obtained by lamp heating // Appl. Phys.�
1987.� Vol. A. 43.� P. 301�304.
7. Ðóìàê Í. Â. Ñèñòåìà êðåìíèé�äâóîêèñü êðåì-
íèÿ â ÌÎÏ-ñòðóêòóðàõ.� Ìèíñê: Íàóêà è òåõíèêà, 1986.
8. Fukuda H., Arakawa T., Ohno S. // J. Electrochem.
Soc.� 1992.� Vol. 39, N 1.� P. 127�133.
9. Fukuda H., Uchiyama A., Hayashi T. et al. //
J. Appl. Phis.� 1990.� N 29.� P. 137�140.
10. Kazor A., Gwilliam R., Boyd Ian W. Growth rate
enhancement using ozone during rapid thermal oxidation
of silicon // Appl. Phys. Lett.� 1994.� Vol. 65, N 4.�
P. 412.
11. Wrixon R., Twamey A., O�Sullivan P., Mathew-
son A. Enhanced thickness uniformiti and electrical per-
formance of ultrathin dielectrics growth by RTP using
varios N2O� oxinitridation processes // J. Electrochem.
Soc.�1995.� Vol. 142, N 8 .� P. 2740 � 2742.
12. Àíòîíåòòè Ï., Àíòîíèàäèñ Ä., Äàòòîí Ð., Îóëä-
õåì Ó. ÌÎÏ-ÑÁÈÑ. Ìîäåëèðîâàíèå ýëåìåíòîâ è òåõ-
íîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ.� Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü,1988.�
C. 44�74.
13. Cosway G. Richard, Hodel W. Michael. Effect RTA
on thin thermal oxide // J. Electrochem. Soc.� 1988.�
Vol. 135, N 2.� P. 533�534.
14. Singh R., McCruer N. E., Rajkanan K., Weiss J. H.
Rapid isotermal processing // J. Vac. Sci. Technol. A.�
1988.� Vol. 6, N 8. � P. 1480 � 1483.
15. Young E. M., Tiller William A. Electron population
factor in light enhanced oxidation of silicon // Appl. Phys.
Lett.� 1987.� Vol. 50(1).� P. 46�48.
16. Ian W. Boyd. Ultraviolet induced mechanisms in
oxide film formation // Appl. Surf. Sci.�1997.� Vol. 109/
110 .� P. 538�543.
17. Kazor A. Space-charge diffusion model for rapid
thermal oxidation of silicon // J. Appl. Phis.� 1995.� Vol.
77.� P.1477.
18. Deal B. E., Grove A. S. General relationship for
the thermal oxidation of silicon // J. Appl. Phis.� 1965.�
Vol. 36, N 12.� P. 3770.
19. Ñå÷åíîâ Ä. À., Ñâåòëè÷íûé À. Ì., Ñîëîâüåâ Ñ. È.,
Àãååâ Î. À. Âëèÿíèå ñêîðîñòè íàãðåâà íà âîçíèêíîâå-
íèå òåðìîíàïðÿæåíèé â êðåìíèåâîé ïëàñòèíå ïðè áûñò-
ðîì îòæèãå // Ôèçèêà è õèìèÿ îáðàá. ìàò-ëîâ.� 1992.�
¹ 5.� C. 46�52.
20. Ñå÷åíîâ Ä. À., Ñâåòëè÷íûé À. Ì., Àãååâ Î. À.,
Êëîâî À. Ã. Ìîäåëèðîâàíèå òåìïåðàòóðíûõ ïîëåé â ïî-
ëóïðîâîäíèêîâûõ ñòðóêòóðàõ ïðè áûñòðîì òåðìè÷åñêîì
îòæèãå // Òàì æå.� 1994.� ¹ 2.� Ñ. 33�38.
21. Ñå÷åíîâ Ä. À., Ñâåòëè÷íûé À. Ì., Ñîëîâüåâ Ñ. È.,
Àãååâ Î. À. Ìîäåëèðîâàíèå íàãðåâà ïîëóïðîâîäíèêî-
âûõ ñòðóêòóð ëàçåðíûì èçëó÷åíèåì // Òàì æå.� 1995.�
¹ 2.� Ñ. 109�114.
22. Ìàñëîâ Â. Ï., Äàíèëîâ Â. Ã., Âîëîñîâ Ê. À. Ìà-
òåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå ïðîöåññîâ òåïëî- ìàññîïå-
ðåíîñà.� Ì.: Íàóêà, 1987.
23. Ìàçèíã Î. Â., Ïåòðîñÿíö Å. Î. // Çàðóáåæíàÿ
ýëåêòðîííàÿ òåõíèêà.� 1989.� ¹1.� Ñ. 3�39.
24. Massoud Hislam Z., Plammer James D., Irene Eugene
A. Thermal oxidation of silicon in dry oxygen // J.
Electrochem. Soc.� 1985.� Vol. 132, N 7.� P. 1746�1753.
25. Áîðèñåíêî Â. Å. Òâåðäîôàçíûå ïðîöåññû â ïîëó-
ïðîâîäíèêàõ ïðè èìïóëüñíîì íàãðåâå.� Ìèíñê: Íàâó-
êà ³ òýõí³êà, 1992.
26. Ãàâðèëåíêî Â. È., Ãðåõîâ À. Ì., Êîðáóòÿê Ä. Â.,
Ëèòîâ÷åíêî Â. Ã. Îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ïîëóïðîâîäíè-
êîâ.� Êèåâ: Íàóêîâà äóìêà, 1987.
27. Sturm C. James, Reaves M. Casper. Silicon tempe-
rature measurement by infrared adsorption: fundamental
processes and doping effects // IEEE transactions on elec-
tron devices.� 1992.� Vol. 39, N 1. � P. 81�88.
28. Âîéöåõîâñêèé À. Â., Äàâûäîâ Â. Í. Ôîòîýëåêò-
ðè÷åñêèå ÌÄÏ-ñòðóêòóðû èç óçêîçîííûõ ïîëóïðîâîä-
íèêîâ.� Òîìñê: Ðàäèî è câÿçü, 1990.
29. Lee S. K., Shih D. K., Kwong D. L. et al. Effects of
rapid processing on thermal oxides of silicon // Mat. Res.
Symp. Proc. � 1986.� Vol. 71. � P. 449�454.
â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ï
îð
òô
åë
å ð
åäàê
ö
è
è
â
ï
îð
òô
åë
å ð
åäàê
ö
è
è
â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè
â
ï
îð
òô
åë
å
ð
åä
àê
ö
è
è
â
ï
îð
òô
åë
å
ð
åä
àê
ö
è
è
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ýëåêòðîôèçè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñòðóêòóð Si�X�Ge33As12Se55 (X:Sb, Bi, In, Pb). À. Á.
Êîíäðàò, Í. È. Äîâãîøåé, ß. Ì. Ïîëÿê, Þ. É. Ñèäîð, Ð. Ì. Ïîâ÷ (Óêðàèíà,
ã. Óæãîðîä)
Òåîðåòè÷åñêèå àñïåêòû îïòèìèçàöèè ìåòàëëè÷åñêèõ òîêîñúåìíûõ êîíòàêòîâ ñîëíå÷íûõ
ýëåìåíòîâ. Ï. Â. Ãîðñêèé, È. Ì. Ðàðåíêî, À. Ô. Ëÿøåíêî, À. È. Òèì÷óê (Óêðàèíà,
ã. ×åðíîâöû)
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèå îñíîâû ïîñòðîåíèÿ èíåðöèàëüíîãî äàò÷èêà äëÿ èçìåðåíèÿ ïåðåíîñíûõ ïî-
ñòóïàòåëüíûõ óñêîðåíèé è óãëîâûõ ñêîðîñòåé ËÀ íà îñíîâå âèáðèðóþùèõ è âðàùàþùèõñÿ
ëèíåéíûõ àêñåëåðîìåòðîâ. Í. Ã. ×åðíÿê, Í. À. Ìóõîåä (Óêðàèíà, ã. Êèåâ)
Óñòàíîâêà äëÿ âûðàùèâàíèÿ ìàëîäèñëîêàöèîííûõ ìîíîêðèñòàëëîâ àðñåíèäà ãàëëèÿ áîëüøîãî
äèàìåòðà. Ã. Ï. Êîâòóí, À. È. Êðàâ÷åíêî, À. Ï. Ùåðáàíü (Óêðàèíà, ã. Õàðüêîâ)
Îäíîêðèñòàëüíàÿ ìèêðî-ÝÂÌ ñ àíàëîãî-öèôðîâûì ïðåîáðàçîâàòåëåì.
Â. Ã. Âåðáèöêèé, Ã. Ï. Ëèïîâåöêèé, Ï. Â. Ñèâîáîðîä (Óêðàèíà,
ã. Êèåâ)
Ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå íàãðóçî÷íûõ õàðàêòåðèñòèê îïòèìàëü-
íîãî òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî îõëàäèòåëÿ äëÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïðèåìíè-
êîâ. Þ. Å. Íèêîëàåíêî, Ë. Ì. Âèõîð (Óêðàèíà, ã. Êèåâ)
6*
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70875 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:48:56Z |
| publishDate | 2001 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Светличный, А.М. Агеев, О.А. Шляховой, Д.А. 2014-11-15T16:39:53Z 2014-11-15T16:39:53Z 2001 Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки / А.М. Светличный, О.А. Агеев, Д.А. Шляховой // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 4-5. — С. 38-43. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70875 539.216.2.002—546.28 Рассмотрены физические процессы, протекающие в системе О₂–SiO₂–Si под действием некогерентного излучения в период окисления кремния методом быстрой термической обработки. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Технология производства Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки Светличный, А.М. Агеев, О.А. Шляховой, Д.А. Технология производства |
| title | Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки |
| title_full | Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки |
| title_fullStr | Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки |
| title_full_unstemmed | Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки |
| title_short | Особенности получения тонких пленок SiO₂ методом быстрой термической обработки |
| title_sort | особенности получения тонких пленок sio₂ методом быстрой термической обработки |
| topic | Технология производства |
| topic_facet | Технология производства |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70875 |
| work_keys_str_mv | AT svetličnyiam osobennostipolučeniâtonkihplenoksio2metodombystroitermičeskoiobrabotki AT ageevoa osobennostipolučeniâtonkihplenoksio2metodombystroitermičeskoiobrabotki AT šlâhovoida osobennostipolučeniâtonkihplenoksio2metodombystroitermičeskoiobrabotki |