Oxy hóa nhiệt Phần 2

101/1/2007 Đại học Bách khoa Hà Nội Ô xy hóa nhiệt (tiếp) Mặt phân cách Si – Si02 Tính chất của mặt phân cách Si – SiO2 có ảnh hưởng quyết định tới các thông số và sự hoạt động của các linh kiện trong IC. Phân biệt bốn loại điện tích : các điện tích Qit bị bẫy trên bề mặt phân cách, các điện tích cố định Qf của lớp SiOx (1 < x < 2), các điện tích Qot bị bẫy trong lớp SiO2, và nhất là các điện tích linh động Qm. Để giảm Qf người ta sử dụng môi trường khí trơ Ar hoặc N2 để làm nguội mẫu sau khi ô xy hóa tạo lớp SiO2. Bước ủ mẫu cuối cùng ở 450 – 500 ºC trong môi trường 10% H2 + 90% N2 (forming gaz) sau khi phủ lớp kim loại làm đường dẫn sẽ giúp giảm thiểu Qit. Qm khó bị loại trừ hơn cả. Biện pháp là giữ sạch và sử dụng hiệu ứng gettering (ô xy hóa với khí có chứa halogen). 111/1/2007 Đại học Bách khoa Hà Nội Ô xy hóa nhiệt (tiếp) Hiệu ứng nồng độ tạp chất cao „ Nồng độ tạp chất càng cao, tại bề mặt Si càng có nhiều nút khuyết, khiến ks tăng. „ Ví dụ: Sự phụ thuộc của các hệ số B/A, B trong ô xy hóa nhiệt khô ở 900 ºC vào nồng độ bề mặt của tạp P 121/1/2007 Đại học Bách khoa Hà Nội Ô xy hóa nhiệt (tiếp) Sự phụ thuộc vào định hướng tinh thể của đế Si „ Là sự phụ thuộc của ks vào các mặt tinh thể: ks(111) > ks(100). Do mật độ bề mặt các nguyên từ Si khác nhau: tại mặt (100) là 7.1014 cm-2, tại (111) – 8. 7.1014 cm-2. „ Mật độ nguyên tử càng cao, số các liên kết có sẵn để tham gia phản ứng hóa học càng lớn. „ Sự khác biệt càng lớn, nếu chiều dày các lớp SiO2 càng nhỏ. Mỏng hơn Dày hơn 131/1/2007 Đại học Bách khoa Hà Nội Ô xy hóa nhiệt (tiếp) Ô xy hóa Si đa tinh thể (poly-Si) „ Quá trình ô xy hóa xảy ra cả ở trên bề mặt poly-Si lẫn trên mặt phân cách ở biên các hạt đa tinh thể. Do biên hạt tập trung nhiều sai hỏng hơn trong lòng các hạt đa tinh thể nên tốc độ ô xy hóa tại biên hạt cao hơn. „ Bề dày lớp SiO2 được tạo nên do ô xy hóa poly-Si có bề dày biến đổi nhiều, do đó, độ gồ ghề của bề mặt SiO2 rất rõ rệt. Độ gồ ghề càng tăng, nếu chiều dày Xox càng tăng. „ Mặt khác, lớp SiO2 trong trường hợp này xốp hơn so với lớp SiO2 được tạo thành do ô xy hóa nhiệt đơn tinh thể Si. „ Nhìn chung, tốc độ ô xy hóa poly-Si cao hơn so với ô xy hóa đơn tinh thể Si. 141/1/2007 Đại học Bách khoa Hà Nội Ô xy hóa nhiệt (tiếp) Ô xy hóa có chứa khí halogen „ Thêm 1 – 5 % khí HCl hay TCE (TriChloroethylene - ) vào luồng O2. „ Làm giảm sự nhiễm bẩn do các ion kiềm – các ion nhẹ, linh động là nguyên nhân gây ra sự mất ổn định tính chất của lớp SiO2. Phản ứng (M – ion kim loại): M + Cl→ MCl „ Làm tăng chất lượng của mặt phân cách Si – SiO2. 151/1/2007 Đại học Bách khoa Hà Nội Ô xy hóa nhiệt (tiếp) Hiệu ứng quá trình ô xy hóa theo hình thái 161/1/2007 Đại học Bách khoa Hà Nội Ô xy hóa nhiệt (tiếp) Ô xy hóa cục bộ Si (Local oxidation of Silicon – LOCOS) Mô phỏng ô xy hóa với phần mép Si3N4 ở chế độ ô xy hóaẩm với H2O, nhiệt độ 1000 ºC, thời gian 90 phút. 171/1/2007 Đại học Bách khoa Hà Nội Ô xy hóa nhiệt (tiếp) Phân bố lại tạp chất trong quá trình ô xy hóa nhiệt Có thể xảy ra một trong các trường hợp: a) m < 1: Lưu lượng dòng khí coi như không đổi và tạp chất khuếch tán chậm trong SiO2. Ví dụ: tạp chất B (m = 0,3) nghèo đi gần biên phân cách Si – SiO2. b) m > 1: Tạp chất khuếch tán chậm trong SiO2. Tạp chất P, As, Sb tăng nồng độ gần biên phân cách Si – SiO2. c) m < 1: Tạp chất khuếch tán nhanh trong SiO2. Ví dụ: B bị ô xy hóa ở bề mặt phân cách khi có mặt H2 nên nồng độ nghèo đi. d) m > 1: Tạp chất khuếch tán nhanh trong SiO2. Tạp chất Ga (m = 20) vẫn giảm nồng độ gần biên phân cách Si – SiO2. Hệ số phân tách tạp chất m: C1và C2 – nồng độ cân bằng của tạp chất trong Si và SiO2, tương ứng. a) b) c) d)