Моделирование многостадийного термического окисления кремния и образования фиксированного заряда

• Автор: Дусь, Андрей Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Содержание
Основные аббревиатуры и обозначения
1. Введение
2. Обзор литературы
2.1 Диэлектрические пленки в технологии СБИС
2.2 Способы получения диэлектрических пленок
2.3 Модели термического окисления кремния
2.3.1 Модель термического окисления Дила-Гроува
2.3.2 Модель Хана и Хелмса
2.3.3 Модель Массоуда
2.3.4 Модель Мотта-Кабреры
2.3.5 Модель Лиона-Шафера
2.3.6 Модель Хамасаки
2.3.7 Модель Вонга и Ченга
2.3.8 Модель Ревеша
2.3.9 Модель Арсламбекова
2.3.10 МодельУематсу
2.3.11 Модели Гадияка, Альмейды и Крземински
2.4 Быстрое термическое окисление
2.5 Влияние механических напряжений на кинетику термического окисления кремния
2.5.1 Модель Ирэна
2.5.2 Модель Фарже-Гибаудо
2.5.3 Модель Тиллера
2.6 Влияние ориентации кремниевой подложки
на кинетику термического окисления кремния
2.7 Фиксированный заряд в системе кремний-диоксид кремния

2.8 Выводы
3. Методы решения систем диффузионно-кинетических уравнений
3.1 Метод конечных разностей
3.2 Метод прогонки для решения тридиагональной
системы линейных алгебраических уравнений
4. Модель термического окисления кремния
4.1 Разработка «объемной» модели
4.2 Моделирование одностадийного термического
окисления кремния
4.3 Моделирование быстрого термического
окисления кремния
4.4 Моделирование многостадийного термического
окисления кремния
4.5 Эффект ориентации поверхности кремния
4.6 Выводы
5. Модель образования фиксированного заряда
5.1 Разработка «инжекционной» модели образования фиксированного заряда
5.2 Моделирование образования фиксированного
заряда при термическом окислении и отжигах
5.3 Выводы
6. Заключение
Список литературы

Основные аббревиатуры и обозначения
МА - междоузельные атомы;
МФГ’ - межфазная граница;
Сох - концентрации кислорода;
Сф С5,о2 - концентрации кремния и диоксида кремния;
С/ - концентрации МА кремния;
Вох— коэффициент диффузии кислорода;
Оо - коэффициент диффузии кислорода в ненапряженном оксиде;
0] - коэффициент диффузии кислорода в напряженном оксиде кремния; £У- коэффициент диффузии МА кремния в диоксиде;
Р - поток;
к, ку, ку к{ — константы скорости реакции окисления;
М/— величина и плотность фиксированного заряда;
Я, г — радиус взаимодействия;
5 - скорость рекомбинации МА кремния на МФГ.
Т- температура;
? - время;
X хох - толщина оксида; х — текущая координата;
9 - коэффициент инжекции МА кремния в диоксид кремния; г — характеристическое время релаксации коэффициента диффузии.
5 - ширина переходного слоя.

где V - коэффициент эмиссии атомов кремния, к, к’ - константы скорости реакции в объеме и на межфазной границе окисла с кремнием, Сох, С5{, Оох и £>„• - концентрация и коэффициент диффузии окислителя и междоузельных атомов кремния соответственно. Для константы скорости реакции на межфазной
границе предложена следующая эмпирическая зависимость:
к’(х) = к{

С^х) С

(2.41)
где С® - максимальная концентрация междоузельных атомов кремния.
В результате численного решения системы (2.38)-(2.40) авторы получают удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных, однако используемая ими эмпирическую зависимость для константы скорости реакции (2.41), зависящая от концентрации междоузельных атомов кремния, не имеет физического обоснования.
2.3.11. Модели Гадияка, Альмейды и Крземински
Во всех вышеупомянутых моделях окисления кремния полагалось, что реакция окисления происходит на плоской межфазной границе диоксида с кремнием. Исследования с помощью различных физических методик показали, что граница термического диоксида кремния с кремнием Бг- 8Ю2 не является резкой, а имеется переходной слой с нарушенной стехиометрией 8Ю_,., у < 2, шириной 5-10 А [9, 13-15].
Переходный слой образуется естественным образом при объемной реакции двух первоначально пространственно разделенных реагентов А и В:
А + В^С.
При достаточно больших значениях константы скорости реакции взаимодействие реагентов происходит на фронте реакции - в реакционной зоне, расположенной между этими реагентами.