Процессы микро- и нанотехнологий. Ч. 2. Шутов Д.А - 87 стр.

П.2.).
       Окисление пластин кремния (термическое окисление) выполняется с целью
создания на их поверхности пленки SiO2, используемой на разных стадиях
изготовления элементов микросхемы в качестве сплошной, а чаще селективной
маски, а остающаяся после изготовления микросхемы термически выращенная
пленка SiO2 служит для электрической изоляции элементов ИС со стороны рабочей
поверхности при электрических измерениях и эксплуатации ИС.
       Процесс термического окисления поверхности пластин кремния обычно
проводят в диффузионной печи в атмосфере сухого кислорода, влажного кислорода
или паров воды при температуре порядка 1000-1200ОС. Рост термического SiO2
происходит на границе раздела Si-SiO2 (так как при комнатной температуре
поверхность Si обычно содержет пленку SiO2 толщиной 0,005-0,01 мкм из-за
большого сродства кремния к кислороду), которая в процессе окисления движется в
глубь пластины (≈40% толщины SiO2 образуется за счет материала кремниевой
пластины), а внешняя поверхность SiO2 движется в противоположную сторону за
счет больших размеров молекул SiO2 в сравнении с размерами взаимодействующих
частиц. Этим частично объясняется наличие рельефа (ступеньки) в Si после
локального термического окисления областей элементов ИС (например, при
диффузии легирующих примесей) даже после полного удаления SiO2 с поверхности
пластины кремния.
       Кинетика процесса термического окисления обычно включает стадии:
адсорбцию окислителя из технологической среды поверхностью пластины;
диффузию частиц окислителя к границе раздела Si-SiO2; химическое взаимодействие
окислителя с кремнием с образованием новых слоев SiO2; диффузию газообразных
продуктов сквозь SiO2 к внешней его поверхности с последующей их десорбцией и
удалением газовым потоком (последняя стадия характерна для комбинированных
окислительных технологических сред). Скорость окисления определяется скоростью
самой медленной стадии. После достижения некоторой критической толщины SiO2
(на практике она достигается за 1-5мин. для вышеуказанного диапазона температур
термического окисления и описывается линейным уравнением), такой стадией
является диффузия окислителя сквозь растущую пленку SiO2 к границе раздела Si-
SiO2, а процесс окисления при этом подчиняется параболическому закону. Основное
различие между окислением в сухом кислороде и парах воды заключается в том, что
в последнем случае веществом, диффундирующим сквозь растущую пленку окисла,
является не кислород (ионы кислорода), а вода. При этом первые несколько
монослоев окисла на поверхности кремния образуются хемосорбцией молекул воды.
Дальнейший рост пленки окисла происходит за счет диффузии через нее частиц
воды до границы раздела окисел-кремний. Реакция может идти двумя путями: или
между атомами кремния в кристаллической решетке и молекулами воды,
диффундирующими по междоузлиям окисла:
       H2O + (Si-Si) → (Si-O-Si) + H2
       или по сложной реакции, в частности на границе пар-окисел с образованием
промежуточной группы гидроокиси кремния (силанола):
       H2O + (Si-O-Si) → 2(Si-OH),
       а затем на границе окисел-кремний
       2(Si-OH) + (Si-Si) → 2(Si-O-Si) + H2.
       Выделяющийся при реакции водород диффундирует через окисел и уносится
потоком пара.
       Различие в скорости роста окисных пленок объясняется тем, что коэффициент
диффузии (D) кислородных ионов в SiO2 при одной и той же температуре
                                       87