Разработка и исследование технологических основ формирования легированных анодных пленок диоксида кремния

• Автор: Милешко, Леонид Петрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 239 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. МЕХАНИЗМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ

ЭЛЕКТРОЛИТОВ С КРЕМНИЕМ, КАРБИДОМ КРЕМНИЯ И НИТРИДОМ КРЕМНИЯ

1.1. Природа контролирующей стадии процессов анодирования кремния, карбида и нитрида кремния

в гальваностатическом режиме

1.2. Механизмы анодного окисления кремния.

1.3. Механизмы анодного окисления карбида кремния.

1.4. Механизмы анодного окисления нитрида кремния.

2. КИНЕТИКА ФОРМИРОВАНИЯ ЛЕГИРОВАННЫХ

АНОДНЫХ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК КРЕМНИЯ НА КРЕМНИИ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯХ.

2.1. Кинетика анодного окисления кремния в фосфатных,
боратных и арсенатных электролитах
2.2. Кинетика анодного окисления карбида кремния
в фосфатных и боратных электролитах
2.3. Кинетика анодного окисления нитрида кремния в
боратных и фосфатных электролитах
3. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЛЕГИРОВАННЫХ АНОДНЫХ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК БтНА КРЕМНИИ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯХ
3.1. Влияние концентрации фосфатных, боратных и арсенатных электролитов на содержание фосфора, бора и мышьяка
в анодном диоксиде кремния.
3.2. Распределение легирующих примесей по толщине
анодных оксидных пленок кремния.
3.3. Строение легированных анодных оксидных пленок кремния.
3.4. Строение легированных реанодированиых оксидных пленок кремния
3.5. Свойства легированных анодных оксидных пленок кремния
4. ДИФФУЗИЯ ПРИМЕСЕЙ В КРЕМНИЙ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ АНОДНЫХ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК ЛАОП КРЕМНИЯ
4.1. Влияние технологических режимов формирования ЛАОП на параметры диффузионных слоев
4.2. Влияние температуры и времени диффузии на параметры легированных фосфором и бором слоев кремния.
4.3. Диффузия фосфора в кремний из электролитически
легированных термических оксидных пленок кремния
4.4. Совместная диффузия фосфора бора и мышьяка в кремний
4.5. Диффузия фосфора в кремний из анодных оксидных
пленок в условиях быстрой термической обработки
5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛАОП ПРИ СОЗДАНИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
5.1. Использование фосфорсодержащих ЛАОП
для изготовления кремниевых МОП транзисторов.
5.2. Формирование гГ слоя на светоприемной
стороне мишени кремникона
5.3. Формирование эмиттерных и базовых областей прп транзисторов диффузией фосфора и бора
из анодных оксидных пленок кремния
5.4. Применение диффузии бора из анодных оксидных пленок
в технологии кремниевых интегральных микросхем
5.5. Перспективные технологические схемы
с использованием ЛАОП в качестве твердого диффузанта
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


А и В — постоянные величины. М - молекулярная масса анодного оксида, г - число электронов, участвующих в анодной реакции образования БЮг, р - плотность АОП, її — постоянная Фарадея; Е^ - дифференциальная напряженность поля в растущем оксиде. При постоянной плотности ионного тока Е(1 также остается постоянной. Таблица 1. Значения параметров а и /? Мате- риал Состав электролита Лите- рату- ра Диапазон І г? А1 (ваку- умно- напылен иый) Этиленгликоль(ЭГ) + Н (1:1) + 3% виннокислого аммония [] . КЭФ-4,5 ЭГ + 0, н КИОз [] . К ДБ-4,5 ЭГ + 0, н КЫ [] . ЭГ + 0, н КИОз [] . КЭФ-0,5 ЭГ + №3Р 3] . КЭФ-0,5 ЭГ + 0, н К1ЧОэ [] . КЭФ-0,5 Этиловый спирт + ОЛбнИНиЖЬ [] . А*ехр(В*Е), (1. А. ,AKU? АОП на вольт на линейном участке U(t) зависимости). Более высокое значение а для А1 (табл. Si, SiC [] и Si3N4, очевидно, обусловлено намного большим значением коэффициента выхода по току rj для образования анодного оксида алюминия по сравнению с анодным Si. Л=0+/ь (1. Подставляя (1. U та п . U/dt или j отражают изменения коэффициента выхода по току (чем выше dU/dt или], тем выше г| []). Увеличение г) с ростом j, по-видимому, может быть объяснено увеличением потока анионов, что вызывает повышение скоростей анодных реакций с их участием. Вторая возможная причина связана с ростом температуры вследствие резистивного нагрева во время образования АОП []. Константа скорости К5 поверхностной реакции [] подчиняется аррсниусовской температурной зависимости. Зависимость (1. Таким образом, процесс образования анодных оксидных пленок алюминия, кремния, карбида и нитрида кремния в диапазонах линейной зависимости напряжения формирования от времени протекает с активационным контролем. Впервые термодинамическая оценка действия легирующих добавок, содержащихся в танталовом аноде, была проведена Ю. П. Шишкиным []. Он установил корреляцию между током и величиной изменения стандартной энергии Гиббса Дв^ в реакциях ТагОз с , Бе, N1, Хг и Мо. Такой подход разрешает в ряде случаев заранее получить сравнительные характеристики и осуществлять направленное легирование диэлектриков примесями с целью улучшения и стабилизации их свойств. Однако анодные реакции Та и легирующих металлов с гидроксид-ионами в [] не рассматривались. Авторы [] осуществляли выбор наиболее вероятной реакции анодного окисления силицидов Т1, Сг, Со, Ы1 и Хг по величине изменения стандартной энтальпии ДН*8. Н‘ + 2е~ = Н2. Со8И-Н" =Со+8Ю2+2Н+ +4е", (1. ЗСо+1 ООН" -Со4+3 8Ю2+1 ОН++е -. В классической электрохимии оценка возможности участия ионов в электродных реакциях производится по величине стандартного электродного потенциала (СЭП) []. Для этого данные реакции следовало бы записать справа налево. Такая запись является неудобной при анализе механизмов процессов. НЫОз и/или Н3РО4, Н3ВО3, Ы3А4 является сложной проблемой, которая до сих пор не решена. Поскольку же рассматриваемые ниже реакции протекают на межфазных границах, то применение классического подхода представляется неправомерным. Д 0“5 = ДНв8 - 8,- д8“Н < О, где Д ю - изменение стандартной энтропии. Величина |дС'8 | характеризует меру химического сродства или реакционную способность веществ [, с. После осуществления компьютерных расчетов значений стандартных термодинамических функций из всех формально возможных реакций были отобраны реакции с максимальным значением —AGJM, имеющие наименьшую молекулярность. У/ — стехиометрические коэффициенты соответственно продуктов и реагентов. Значения энтальпий образования АН^8 и энтропий образования S8 веществ заимствованы из [ - ] и приведены в табл. Расчет значений изменений стандартных термодинамических функций осуществлялся с помощью пакета прикладных программ []. Программы выполнены в диалоговом режиме и адаптированы для ПЭВМ класса IBM PC/AT. Язык программирования — PASCAL, операционная среда — MS DOS. Уравнения химических реакций вводятся в обычной форме. Расчет величины изменения энергии Гиббса осуществляется по приближению Улиха. Результаты расчета представляются в виде таблиц или графиков температурных зависимос тей. А^8 | [-].