- •Курс Твердотельной электроники
- •1. Физические основы твердотельной электроники
- •1.1. Диффузионный и дрейфовый ток в полупроводниках
- •1.2. Зависимость подвижности от концентрации примесей,
- •1.3. Фундаментальная система уравнений
- •1.4. Обеднение, обогащение и инверсия
- •1.5. Потенциальный барьер
- •1.6. Область пространственного заряда p-n перехода
- •1.8. Рекомбинация неравновесных носителей заряда
- •1.9. Условия на контактах и поверхностная рекомбинация
- •1.7. Зависимость концентраций неосновных неравновесных носителей зарядов на границах от напряжения на переходе
- •1.10. Распределение неосновных носителей заряда вблизи p-n-перехода
- •2. Элементы и процессы твердотельной электроники
- •2.1. Распределение носителей и коэффициент передачи тока в транзисторной структуре
- •2.2. Физическая структура биполярного транзистора
- •2.3. Биполярные транзисторы интегральных схем
- •2.4. Кремниевые транзисторы свч диапазона
- •2.5. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник
- •2.6. Токи в контакте металл-полупроводник
- •2.7. Гетеропереходы
- •2.8. Туннелирование в p-n-переходе
- •2.9. Лавинное умножение
- •2.10. Структура металл-диэлектрик-полупроводник
- •2.11. Пороговое напряжение мдп транзистора
- •2.12. Вольт-амперная характеристика мдп транзистора
- •2.13. Конструктивные разновидности мдп транзисторов
- •2.13.1. Мощные моп транзисторы
- •2.13.2. Элементы сбис
- •2.14. Элементы зу на мдп транзисторах
- •2.14.1. Мноп транзистор
- •2.14.2. Транзисторы с плавающим затвором
- •2.15. Приборы с зарядовой связью
- •2.15.1. Передача заряда между затворами
- •2.15.2. Накопление заряда в моп структурах
- •2.15.3. Связь между зарядом и поверхностным потенциалом
- •2.15.4. Перенос заряда под затвором
- •3. Основные технологические процессы микроэлектроники
- •3.1. Диффузия
- •3.2. Окисление
- •3.3. Ионное легирование
- •3.3.1. Распределение Гаусса
- •3.3.2. Другие распределения
- •3.3.3. Боковое уширение распределения ионов
- •3.4. Эпитаксия
- •4. Курсовое проектирование
- •4.2. Резкий p-n-переход
- •4.3. Диффузионные переходы
- •4.4. Токи диффузионных переходов
- •4.5. Биполярный транзистор интегральных схем
- •4.6. Малосигнальные параметры биполярных транзисторов
- •4.7. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •4.8. Полевой транзистор с изолированным затвором
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 1200
С
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 окисленияtквадратным 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. При обсуждении методов,
используемых для формирования тонких
окисных пленок, и получаемых при окислении
свойств этих пленок необходимо
подчеркнуть, что на рост тонких окисных
пленок оказывают влияние применяемые
методы очистки поверхности и степень
чистоты используемых газов. На рис. 38
приведен пример зависимости толщины
тонких окисных пленок от времени
окисления в сухом кислороде.
Рис.
38.
Зависимость толщины окисла от времени
окисления в сухом кислороде при различных
температурах
