Giáo trình Oxy hóa nhiệt 2 pot

10 10 1/1/2007 1/1/2007 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ô Ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t ( ( ti ti ế ế p p ) ) Mặt phân cách Si – Si0 2 Tính chấtcủamặtphâncáchSi –SiO 2 có ảnh hưởng quyết định tới các thông số và sự hoạt động của các linh kiện trong IC. Phân biệtbốnloại điệntích: cácđiện tích Q it bị bẫytrênbề mặt phân cách, các điện tích cố định Q f củalớpSiO x (1 < x < 2), các điệntíchQ ot bị bẫy trong lớpSiO 2 , và nhấtlàcácđiện tích linh động Q m . Để giảmQ f ngườitasử dụng môi trường khí trơ Ar hoặcN 2 để làm nguộimẫu sau khi ô xy hóa tạolớp SiO 2 . Bước ủ mẫucuối cùng ở 450 – 500 ºC trong môi trường 10% H 2 + 90% N 2 (forming gaz) sau khi phủ lớp kim loạilàmđường dẫnsẽ giúp giảmthiểuQ it . Q m khó bị loạitrừ hơncả. Biện pháp là giữ sạch và sử dụng hiệu ứng gettering (ô xy hóa vớikhícó chứa halogen). 11 11 1/1/2007 1/1/2007 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ô Ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t ( ( ti ti ế ế p p ) ) Hi Hi ệ ệ u u ứ ứ ng ng n n ồ ồ ng ng đ đ ộ ộ t t ạ ạ p p ch ch ấ ấ t t cao cao   N N ồ ồ ng ng đ đ ộ ộ t t ạ ạ p p ch ch ấ ấ t t c c à à ng ng cao cao , , t t ạ ạ i i b b ề ề m m ặ ặ t t Si Si c c à à ng ng c c ó ó nhi nhi ề ề u u n n ú ú t t khuy khuy ế ế t t , , khi khi ế ế n n k k s s tăng tăng . .   V V í í d d ụ ụ : : S S ự ự ph ph ụ ụ thu thu ộ ộ c c c c ủ ủ a a c c á á c c h h ệ ệ s s ố ố B/A, B/A, B B trong trong ô ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t khô khô ở ở 900 900 º º C C v v à à o o n n ồ ồ ng ng đ đ ộ ộ b b ề ề m m ặ ặ t t c c ủ ủ a a t t ạ ạ p p P P 12 12 1/1/2007 1/1/2007 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ô Ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t ( ( ti ti ế ế p p ) ) S S ự ự ph ph ụ ụ thu thu ộ ộ c c v v à à o o đ đ ị ị nh nh hư hư ớ ớ ng ng tinh tinh th th ể ể c c ủ ủ a a đ đ ế ế Si Si   L L à à s s ự ự ph ph ụ ụ thu thu ộ ộ c c c c ủ ủ a a k k s s v v à à o o c c á á c c m m ặ ặ t t tinh tinh th th ể ể : : k k s(111) s(111) > k > k s(100) s(100) . . Do Do m m ậ ậ t t đ đ ộ ộ b b ề ề m m ặ ặ t t c c á á c c nguyên nguyên t t ừ ừ Si Si kh kh á á c c nhau nhau : : t t ạ ạ i i m m ặ ặ t t (100) (100) l l à à 7.10 7.10 14 14 cm cm - - 2 2 , , t t ạ ạ i i (111) (111) – – 8. 7.10 8. 7.10 14 14 cm cm - - 2 2 . .   M M ậ ậ t t đ đ ộ ộ nguyên nguyên t t ử ử c c à à ng ng cao cao , , s s ố ố c c á á c c liên liên k k ế ế t t c c ó ó s s ẵ ẵ n n đ đ ể ể tham tham gia gia ph ph ả ả n n ứ ứ ng ng h h ó ó a a h h ọ ọ c c c c à à ng ng l l ớ ớ n n . .   S S ự ự kh kh á á c c bi bi ệ ệ t t c c à à ng ng l l ớ ớ n n , , n n ế ế u u chi chi ề ề u u d d à à y y c c á á c c l l ớ ớ p p SiO SiO 2 2 c c à à ng ng nh nh ỏ ỏ . . Mỏng hơn Dày hơn 13 13 1/1/2007 1/1/2007 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ô Ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t ( ( ti ti ế ế p p ) ) Ô Ô xy xy h h ó ó a a Si Si đa đa tinh tinh th th ể ể (poly (poly - - Si) Si)   Qu Qu á á tr tr ì ì nh nh ô ô xy xy h h ó ó a a x x ả ả y y ra ra c c ả ả ở ở trên trên b b ề ề m m ặ ặ t t poly poly - - Si Si l l ẫ ẫ n n trên trên m m ặ ặ t t phân phân c c á á ch ch ở ở biên biên c c á á c c h h ạ ạ t t đa đa tinh tinh th th ể ể . Do . Do biên biên h h ạ ạ t t t t ậ ậ p p trung trung nhi nhi ề ề u u sai sai h h ỏ ỏ ng ng hơn hơn trong trong lòng lòng c c á á c c h h ạ ạ t t đa đa tinh tinh th th ể ể nên nên t t ố ố c c đ đ ộ ộ ô ô xy xy h h ó ó a a t t ạ ạ i i biên biên h h ạ ạ t t cao cao hơn hơn . .   B B ề ề d d à à y y l l ớ ớ p p SiO SiO 2 2 đư đư ợ ợ c c t t ạ ạ o o nên nên do ô do ô xy xy h h ó ó a a poly poly - - Si Si c c ó ó b b ề ề d d à à y y bi bi ế ế n n đ đ ổ ổ i i nhi nhi ề ề u u , do , do đ đ ó ó , , đ đ ộ ộ g g ồ ồ gh gh ề ề c c ủ ủ a a b b ề ề m m ặ ặ t t SiO SiO 2 2 r r ấ ấ t t rõ rõ r r ệ ệ t t . . Đ Đ ộ ộ g g ồ ồ gh gh ề ề c c à à ng ng tăng tăng , , n n ế ế u u chi chi ề ề u u d d à à y y X X ox ox c c à à ng ng tăng tăng . .   M M ặ ặ t t kh kh á á c c , , l l ớ ớ p p SiO SiO 2 2 trong trong trư trư ờ ờ ng ng h h ợ ợ p p n n à à y y x x ố ố p p hơn hơn so so v v ớ ớ i i l l ớ ớ p p SiO SiO 2 2 đư đư ợ ợ c c t t ạ ạ o o th th à à nh nh do ô do ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t đơn đơn tinh tinh th th ể ể Si. Si.   Nh Nh ì ì n n chung chung , , t t ố ố c c đ đ ộ ộ ô ô xy xy h h ó ó a a poly poly - - Si Si cao cao hơn hơn so so v v ớ ớ i i ô ô xy xy h h ó ó a a đơn đơn tinh tinh th th ể ể Si. Si. 14 14 1/1/2007 1/1/2007 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ô Ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t ( ( ti ti ế ế p p ) ) Ô Ô xy xy h h ó ó a a c c ó ó ch ch ứ ứ a a kh kh í í halogen halogen   Thêm Thêm 1 1 – – 5 % 5 % kh kh í í HCl HCl hay TCE ( hay TCE ( TriChloroethylene TriChloroethylene - - ) ) v v à à o o lu lu ồ ồ ng ng O O 2 2 . .   L L à à m m gi gi ả ả m m s s ự ự nhi nhi ễ ễ m m b b ẩ ẩ n n do do c c á á c c ion ion ki ki ề ề m m – – c c á á c c ion ion nh nh ẹ ẹ , , linh linh đ đ ộ ộ ng ng l l à à nguyên nguyên nhân nhân gây gây ra ra s s ự ự m m ấ ấ t t ổ ổ n n đ đ ị ị nh nh t t í í nh nh ch ch ấ ấ t t c c ủ ủ a a l l ớ ớ p p SiO SiO 2 2 . . Ph Ph ả ả n n ứ ứ ng ng (M (M – – ion ion kim kim lo lo ạ ạ i i ): ): M + M + Cl Cl → → MCl MCl   L L à à m m tăng tăng ch ch ấ ấ t t lư lư ợ ợ ng ng c c ủ ủ a a m m ặ ặ t t phân phân c c á á ch ch Si Si – – SiO SiO 2 2 . . 15 15 1/1/2007 1/1/2007 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ô Ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t ( ( ti ti ế ế p p ) ) Hi Hi ệ ệ u u ứ ứ ng ng qu qu á á tr tr ì ì nh nh ô ô xy xy h h ó ó a a theo theo h h ì ì nh nh th th á á i i 16 16 1/1/2007 1/1/2007 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ô Ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t ( ( ti ti ế ế p p ) ) Ô Ô xy xy h h ó ó a a c c ụ ụ c c b b ộ ộ Si (Local oxidation of Silicon Si (Local oxidation of Silicon – – LOCOS) LOCOS) Mô Mô ph ph ỏ ỏ ng ng ô ô xy xy h h ó ó a a v v ớ ớ i i ph ph ầ ầ n n m m é é p p Si Si 3 3 N N 4 4 ở ở ch ch ế ế đ đ ộ ộ ô ô xy xy h h ó ó a a ẩ ẩ m m v v ớ ớ i i H H 2 2 O, O, nhi nhi ệ ệ t t đ đ ộ ộ 1000 1000 º º C, C, th th ờ ờ i i gian gian 90 90 ph ph ú ú t t . . 17 17 1/1/2007 1/1/2007 Đ Đ ạ ạ i h i h ọ ọ c B c B á á ch khoa H ch khoa H à à N N ộ ộ i i Ô Ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t ( ( ti ti ế ế p p ) ) Phân Phân b b ố ố l l ạ ạ i i t t ạ ạ p p ch ch ấ ấ t t trong trong qu qu á á tr tr ì ì nh nh ô ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi ệ ệ t t C C ó ó th th ể ể x x ả ả y y ra ra m m ộ ộ t t trong trong c c á á c c trư trư ờ ờ ng ng h h ợ ợ p p : : a a ) ) m < 1 m < 1 : : Lưulượng dòng khí coi như không đổivà tạpchấtkhuếch tán chậm trong SiO 2 . V V í í d d ụ ụ : : t t ạ ạ p p ch ch ấ ấ t t B (m = 0,3) B (m = 0,3) ngh ngh è è o o đi đi g g ầ ầ n n biên biên phân phân c c á á ch ch Si Si – – SiO SiO 2 2 . . b b ) ) m > 1 m > 1 : : Tạpchấtkhuếch tán chậm trong SiO 2 . T T ạ ạ p p ch ch ấ ấ t t P, As, P, As, Sb Sb tăng tăng n n ồ ồ ng ng đ đ ộ ộ g g ầ ầ n n biên biên phân phân c c á á ch ch Si Si – – SiO SiO 2 2 . . c) c) m < 1 m < 1 : : T Tạpchấtkhuếch tán nhanh trong SiO 2 . Ví dụ: B bị ô xy hóa ở bề mặt phân cách khi có mặtH 2 nên nồng độ nghèo đi. d) d) m > 1 m > 1 : : Tạpchấtkhuếch tán nhanh trong SiO 2 . T T ạ ạ p p ch ch ấ ấ t t Ga Ga (m = 20) (m = 20) v v ẫ ẫ n n gi gi ả ả m m n n ồ ồ ng ng đ đ ộ ộ g g ầ ầ n n biên biên phân phân c c á á ch ch Si Si – – SiO SiO 2 2 . . Hệ số phân tách tạpchất m: C 1 và C 2 –nồng độ cân bằng củatạp chất trong Si và SiO 2 , tương ứng. a) b)c)d) . < 2) , các điệntíchQ ot bị bẫy trong lớpSiO 2 , và nhấtlàcácđiện tích linh động Q m . Để giảmQ f ngườitasử dụng môi trường khí trơ Ar hoặcN 2 để làm nguộimẫu sau khi ô xy hóa tạolớp SiO 2 . Bước. SiO 2 . Ví dụ: B bị ô xy hóa ở bề mặt phân cách khi có mặtH 2 nên nồng độ nghèo đi. d) d) m > 1 m > 1 : : Tạpchấtkhuếch tán nhanh trong SiO 2 . T T ạ ạ p p ch ch ấ ấ t t Ga Ga (m = 20 ). t t ạ ạ i i m m ặ ặ t t (100) (100) l l à à 7.10 7.10 14 14 cm cm - - 2 2 , , t t ạ ạ i i (111) (111) – – 8. 7.10 8. 7.10 14 14 cm cm - - 2 2 . .   M M ậ ậ t t đ đ ộ ộ nguyên nguyên t t ử ử c c à à ng ng cao cao ,