141980, Московская область, Дубна, ул. Жолио Кюри,6
Скачать 0.85 Mb.
|
| (E-mail: Grafutin@vitep1.itep.ru; E-mail: pep@vitep1.itep.ru. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СВЯЗЫВАНИЯ (СРАЩИВАНИЯ) ПРОТОНИРОВАННЫХ ПЛАСТИН КРЕМНИЯ С ГИДРОФИЛЬНЫМИ ПОДЛОЖКАМИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СТРУКТУР КРЕМНИЙ НА ДИЭЛЕКТРИКЕ, МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР Ge/Si, (GexSi1-x)/Si И ТОНКИХ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЛОЕВ КРЕМНИЯ, ГЕРМАНИЯ, ПОЛУПРОВОДНИКОВ A3B5 И A2B6 ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НОВОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ОПТО-, НАНО- И МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ С ЦЕЛЬЮ СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ, СПЕЦИАЛЬНЫХ ИС И ПРИБОРОВ, МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, СЕНСОРОВ, ДАТЧИКОВ И СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (Полный текст доклада опубликован на сайте ИТЭФ: http://www.itep.ru/ Research programme. Раздел Low energy physics and chemistry. doc-file (in Russian). 2001. 67 с. ). УДК 621.315.592 Код по ГРНТИ 47.09.29 Технология сращивания протонированных пластин кремния с поверхностью гидрофильных подложек с целью получения структур кремний на изоляторе В.И.Графутин, А.Г.Залужный1, Е.П.Прокопьев, В.Ф.Реутов2, А.Л.Суворов, С.П.Тимошенков3, Б.Ю.Шарков, Ю.А.Чаплыгин3 ГНЦ Институт теоретической и экспериментальной физики117259, Москва, В-259, ул. Б.Черемушкинская, 25 1Московский государственный инженерно-физический институт (Технический университет) 115409, Москва, Каширскон шоссе,31 2Об`единенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) 141980, Московская область, Дубна, ул. Жолио Кюри,63Московский государственный институт электронной техники (Технический университет) 103498, Москва, К-498, Зеленоград Поступила в редакцию 2001 г. Аннотация Предложены модифицированная технология газового скалывания и модель связывания гидрофильных протонированных пластин кремния, которая позволяет увеличить прочность связывания при низких температурах отжига. Рассмотрены различные технологические стадии и схема процесса получения структур кремний на диэлектрике (КНИ), многослойных структур   и тонких монокристаллических слоев кремния, германия, полупроводников  и  и структур германий на изоляторе, полупроводниках и и др. во влажных условиях (включая и возможность использования химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания). СОДЕРЖАНИЕ Предисловие (О возможности развития в области высоких технологий) Введение А. Преимущества структур КНИ перед структурами на основе объемного кремния В. Перспективы применения структур "кремний на изоляторе" (КНИ) 1.Технологическая схема производства структур кремний на диэлектрике, многослойных структур и тонких монокристаллических слоев кремния, германия, полупроводников и и структур германий на изоляторе, структур кремний на полупроводниках и и др. в рамках smart-cut технологии в прямом сращивании пластин кремния и пластин кремния и германия во влажных условиях (включая возможность химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания)2. Экспериментальные данные по очистке и окислению стандартных пластин кремния 2.1 Очистка пластин кремния в процессах полупроводникового производства 2.2 Окисление пластин кремния и германия 2.3. Процесс окисления кремния в структурах КНИ
2.5. Возможность синергетического подхода к эволюции свойств структур КНИ
4.1.Стадия ядрообразования 4.2. Стадия роста 4.3. Стадия слипания
7. Технология Гёзеля-Тонга связывания гидрофильных пластин во влажных условиях (включая и метод молекулярного наслаивания) 8. Экспериментальные данные по технологии газового скалывания получения структур КНИ с использованием методов термообработки поверхности во влажных условиях
9.1. Поры для случая SiO2// SiO2 связывания пластин
9.3. Плоскостность пластин 9.4. Утоньчение и полировка сращенных пластин 9.5. Микродефекты сращенных структур 10. Радиационные свойства smart-cut структур КНИ Заключение. Список литературы Реферат Подписи к рисункам Общий список работ Предисловие (О возможности развития в области высоких технологий) Время бросило вызов обществу в послевоенные годы, связанное с развитием атомной, ракетной и авиационно-космической промышленности. Это развитие, успешно осуществленное в стране, способствовало невиданному прогрессу во всех областях науки, техники и во многих отраслях народного хозяйства страны. В настоящее время дальнейшее развитие в атомной, ракетной и авиационно-космической областях, как и во всех областях науки и техники, во многом определяется прогрессом развития в области высоких технологий (в частности, в области опто-, нано- и микроэлектроники). Фактически – это новый вызов обществу. Он должен быть решен на основании опыта организационной и научно-технической работы в атомной, ракетной и авиационно-космической областях с использованием большого числа наработанных ядерных, ракетных и авиационно-космических технологий. Например, в развитых странах, таких как США, Германия, Англия, Япония и т.д.) доля высоких технологий в общем промышленноя потенциале достигает уровня 30-40 %. Возможно речь может идти о создании Государственного комитета или Комиссии.по высоким технологиям. Особая роль принадлежит спецмикроэлетронике, во многом определяющей политическую, экономическую и военную безопасность общества. К спецмикроэлектронике можно отнести новую элементную базу электронной отрасли, позволяющую создавать современные суперкомпьютеры, многие виды специальных приборов, интегральных схем, сенсоров, датчиков и микромеханических устройств для ядерной, ракетной, авиационно-космической и других отраслей. Это работа для многих научных и технических центров страны. Решение задач спецмикроэлектроники в дальнейшем может позволить развивать на мировом уровне отдельные отрасли коммерческой микроэлектроники. Бондинг основных материалов электроники (например, получение структур кремний на изоляторе (КНИ) и структур германий на изоляторе, многослойных структур и тонких монокристаллических слоев кремния, германия, полупроводников и на полупроводниках и и др., получение высококачественных тонких слоев монокристаллического кремния, полупроводников и на различных изолирующих подложках, в том числе стекле) , основанной на так называемой smart-cut технологии, – это хотя и частная, но важная задача электроники, находит широкое применение в разработке и производстве новой элементной базы опто-, нано- и микроэлектроники для создания современных суперкомпьютеров, специальных радиационно- и термостойких ИС, различного рода сенсоров, датчиков, микромеханических устройств и солнечных элементов для ядерной, ракетной и авиационно-космической и других отраслей.Smart-cut технология [1-28] (относящаяся к технологиям газового скалывания в процессе термообработки, основанных на контролируемых использованиях следующих основных процессов: создание с помощью ионной имплантации микроскопических об`емных дефектов, содержащих водород; трансформация этих созданных дефектов посредством термообработок; скалывание тонкого слоя материала подложки по системам таких дефектов по всей площади пластины) получения структур кремний на диэлектрике (КНИ), многослойных структур и тонких монокристаллических слоев кремния, германия, полупроводников и и структур германий на изоляторе, полупроводниках и и др. находит широкое применение в разработке и производстве новой элементной базы микроэлектроники и наноэлектроники, специальных радиационно- и термостойких ИС, различного рода сенсоров и датчиков. Эта же технология может быть использлвана для получения высококачественных тонких слоев монокристаллического кремния, полупроводников и на различных изолирующих подложках, в том числе стекле. Ниже предлагается физико-химическая модель сращивания гидратированных (гидроксилированных) поверхностей двух пластин кремния и пластин кремния и германия и других веществ. Для очистки и получения поверхности пластин кремния и германия с заданным химическим составом, их активирования и модифицирования предлагается использовать термообработку поверхности во влажных условиях (включая и химическую сборку поверхности [1-18]) и газового скалывания (smart-cut технология) [19-28]. Эти методы являются весьма перспективными для получения многослойных структур и структур с использованием прямого сращивания пластин кремния, пластин кремния и германия [3,4]. Известно [9-18], что группы  и  , полученные методом молекулярного наслаивания, полимеризуются при низких температурах с образованием сильных ковалентных  ,  и  связей. Основываясь на этом явлении, предложены модифицированные модель и технология связывания гидрофильных пластин кремния и пластин кремния и германия, которая позволяет увеличить прочность связывания при низких температурах отжига. Рассмотрены различные технологические стадии и схема процесса производства структур кремний на изоляторе (структур КНИ), получения тонких монокристаллических слоев кремния на стекле с целью производства высококачественных солнечных элементов с к.п.д. ~ 14 15 % (причем приборная пластина кремния толщиной ~ 500 мкм может быть многократно использована (до нескольких десятков раз)) и структур германий на кремнии и изоляторе, а также структур  на кремнии и изоляторе с использованием химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания. Проведенные нами успешные эксперименты по сращиванию окисленных поверхностей кремния и германия подтвердили выводы рассмотренной модели и модифицированной smart-cut технологии.ВВЕДЕНИЕSmart-cut технология получения структур КНИ и структур германий на кремнии, изоляторе, арсениде галлия, на кремнии и изоляторе и др. находит широкое применение в разработке и производстве новой элементной базы микроэлектроники и наноэлектроники, специальных радиационно- и термостойких ИС, различного рода сенсоров и датчиков и возможно высококачественных солнечных элементов. Последние достижения в технологии производства структур КНИ и нанотехнологии позволили повысить их совершенство и снизить цену, что привело к существенному увеличению объёмов их производства. Ниже построены схемы процесса изготовления структур КНИ (в том числе тонких слоев монокристаллического кремния на стекле) и структур германий на кремнии, изоляторе, арсениде галлия, на кремнии и изоляторе и др. и структур кремний на германии в рамках Smart-cut технологии и определены направления исследований. Ранее [3,4] были установлены ключевые операции процессов: подготовка пластин, сращивание, режимы обработки поверхности и термообработк. Были изучены процессы химико-механической, химической, электрохимической, плазмохимической обработки кремниевых пластин и структур. Исследованы процессы ионной имплантации и перспективы использования эпитаксиального наращивания. Определены режимы обработок. Проведенные исследования подтвердили перспективность выбранного направления и позволили определить необходимые методы контроля параметров структур. Эти же операции процессов пригодны и для подложек германия.В ряде предыдущих работ (см. [1-33]) были рассмотрены особенности и дан анализ различных технологий производства структур кремний на изоляторе (КНИ). Особая роль в настоящее время принадлежит технологиям Smart-cut (газового скалывания в процессе термообработки), основанных на контролируемых использованиях следующих основных процессов: создание с помощью ионной имплантации микроскопических об`емных дефектов, содержащих водород; трансформация этих созданных дефектов посредством термообработок; скалывание тонкого слоя материала подложки по системам таких дефектов по всей площади пластины [2-4]. В связи с этим в данной работе рассматриваются современные представления об этих процесса, используемых в технологии smart-cut (газового скалывания), посредством исследования сращивания пластин кремния и германия между собой и различными изолирующими подложками во влажных условиях (включая вогзможностьиспользования химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания) по данным выделения паров воды [2,3, 9-18,28,31-33]. Отмечается, что закономерности сращивания подложек кремния в рамках smart-cu технологии, установленные ранее [3,4], присущи процессам сращивания подложек кремния и германия между собой и c изолирующими подложками. Преимущества структур КНИ перед структурами на основе объемного кремния Анализ развития полупроводниковых технологий показывает, что в перспективе на структурах кремний на изоляторе (КНИ) удастся получать приборы (микросхемы) с улучшенными характеристиками по сравнению с аналогичными приборами изготовленными на обычных кремниевых пластинах. Технологические процессы изготовления интегральных схем (ИС), адаптированные для таких структур, могут стать наиболее подходящей основой для производства аналоговых, смешанных (биполярные-КМОП-ДМОП ИС) и цифровых ИС с наивысшими техническими характеристиками [1-33]. Основные преимущества структур КНИ перед объемным кремнием заключены в уменьшении влияния паразитных эффектов по периметру границы прибора и надежной изоляции рабочего объема прибора от остальной схемы и подложки. Приборы с изоляцией p-n переходом имеют более значительные паразитные элементы. Диэлектрическая изоляция позволяет существенно уменьшить паразитные емкости, что повышает быстродействие. Транзистор в ИС с изоляцией p-n переходом содержит паразитную тиристорную структуру, которая может привести к защелкиванию при воздействии переходных процессов и высоких уровнях напряжения. Полная диэлектрическая изоляция исключает подобные нежелательные эффекты, устраняет взаимовлияние между элементами схемы и обеспечивает повышенное пробивное напряжение. Поскольку все проблемы, связанные с паразитными элементами и генерацией зарядов в объеме полупроводника, обостряются с ростом температуры или при действии ионизирующего излучения, ИС с полной диэлектрической изоляцией компонентов в общем случае отличаются от обычных схем лучшими параметрами при высоких температурах или воздействии радиации. Диэлектрическая изоляция позволяет увеличить возможности снижения потребляемой мощности и повышения быстродействия при пониженном уровне напряжения питания ИС. Диэлектрическая изоляция компонентов на кристалле более компактна (по сравнению с изоляцией p-n переходом) и соответственно на всей площади кремниевой пластины занимает меньше места, что приводит к увеличению интегральной плотности элементов. Надежность диэлектрической изоляции компонентов существенно выше надежности изоляции p-n переходом. Поэтому использование кремниевых структур, позволяющих изготавливать ИС с полной диэлектрической изоляцией, является не только перспективным, экономически целесообразным, но и, возможно, единственным способом получением приборов с необходимыми рекордными параметрами. Таким образом, реально существует ряд факторов (перечисленных выше), позволяющих не только производить продукт (ИС) улучшенного качества, но и получать экономическую выгоду от использования структур КНИ вместо кремниевых подложек. Перспективы применения структур "кремний на изоляторе" (КНИ) Структуры КНИ могут использоваться практически для любых типов микросхем. Наиболее широкое применение структуры КНИ нашли в процессах получения высоковольтных ИС, изготавливаемых по биполярной и смешанной технологиям, в процессах получения высокоскоростных КМОП схем, схем «разумной мощности», для изготовления оптоэлектронных микросхем, в технологии получения низкоэнергопотребляющих схем, для изготовления устройств для интегрально-оптических приборов и волноводов, для изготовления сенсоров и получения микро-электро-механических систем. В последнее время интерес специалистов к структурам с диэлектрической изоляцией компонентов постоянно возрастает в связи с увеличением выпуска многими компаниями структур типа "кремний на изоляторе" для широкого использования и значительным улучшением кристаллографического совершенства изолированного кремния, сравнимого с параметрами объемного кремния в подложке. Также значительное увеличение спроса на структуры КНИ связано с возможностью высокой плотности размещения элементов на кристалле и быстродействием ИС, изготовленных по этой технологии. структур КНИ. Ниже построена схема процесса изготовления структур КНИ в рамках Smart-cvut технологиии и определены направления исследований. Установлены ключевые операции процессов: подготовка пластин, сращивание, режимы обработки поверхности и термообработки. Исследованы процессы химико-механической, химической, электрохимической, плазмохимической обработки кремниевых пластин и структур. Исследованы процессы ионной имплантации и перспективы использования эпитаксиального наращивания. Определены режимы обработок. Проведенные исследования подтвердили перспективность выбранного направления и позволили определить необходимые методы контроля параметров структур. В ряде предыдущих работ (см. [1-33]) были рассмотрены особенности и дан анализ различных технологий производства структур кремний на диэлектрике (КНИ). Особая роль в настоящее время принадлежит технологиям Smart-cut (газового скалывания в процессе термообработки), основанных на контролируемых использованиях следующих основных процессов: создание с помощью ионной имплантации микроскопических об`емных дефектов, содержащих водород; трансформация этих созданных дефектов посредством термообработок; скалывание тонкого слоя материала подложки по системам таких дефектов по всей площади пластины [2,3]. В связи с этим в данной работе рассматриваются современные представления об этих процесса, используемых в технологии smart-cut (газового скалывания), посредством исследования сращивания пластин кремния во влажных условиях (включая использование химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания) по данным выделения паров воды [2,3, 9-18,28,31-33]. 1.Технологическая схема производства структур кремний на диэлектрике, многослойных структур и тонких монокристаллических слоев кремния, германия, полупроводников и и структур германий на изоляторе, структур кремний на полупроводниках и и др. в рамках smart-cut технологии в прямом сращивании пластин кремния и пластин кремния и германия во влажных условиях (включая возможность химической сборки поверхности методом молекулярного На рис.1 приведен предлагаемый в работе возможный технологическая схема изготовления структур КНИ и структур кремний на германии (или германий на кремнии) методом отслаивания с использованием процессов прямого соединения пластин и химической сборки поверхности во влажных условиях (включая и метод молекулярного наслаивания). Согласно этому маршруту в методе прямого сращивания вместо технологии шлифовки и травления для утончения одной из пластин предлагается использовать технологию отслаивания (отщепления) части рабочей пластины кремния (германия) по области пористого слоя, образованного посредством имплантации протонов на заданную глубину в пластину кремния.  Рис.1 Прямое связывание пластин кремния с использованием метода сращивания во влажных условиях и технологии отслаивания при получении КНИ структур. Пористый слой включает в свой состав наполненные водородом нанопоры, созданные имплантацией протонов в слое кремния через тонкую пленку SiO2 или пористого слоя кремния, полученного электрохимическим методом. В последнем случае на поверхности пористого кремния выращивается эпитаксиальный слой необходимой толщины, который после прямого соединения с опорной пластиной кремния или германия в последующем отслаивается (отщепляется) посредством термообработки или часть рабочей пластины после соединения с опорной пластиной удаляется до эпитаксиального слоя с использованием механических (химико-механических) методов. В работах [22-24] в качестве примера использован процесс отслаивания слоя кремния с помощью имплантации ионов водорода. В этом случае общая схема производства структур КНИ в прямом сращивании пластин кремния с использованием во влажных условиях (включая химическую сборку поверхности методом молекулярного наслаивания) соответствует технологической схеме, изображенной на рис.1. В специально окисленную рабочую пластину кремния (толщина оксида несколько сотен ангстрем) вначале производится имплантация протонов с дозой облучения порядка (1-8)·1016 см-2 и энергией 100-150 кэВ. Пленка SiO2 представляет собой защитный слой при имплантации, уменьшающий количество дефектов и примесей в приграничной области. В дальнейшем она удаляется. Опорная пластина кремния подвергается термическому окислению до толщины оксида (0,2-0,4 мкм), необходимого для производства конечной структуры КНИ. После специальной очистки и активации методом молекулярного наслаивания поверхности пластин соединяются лицевыми сторонами друг к другу и прижимаются. Термообработка этой пары приводит к связыванию пластин кремния с одновременным отслаиванием по слою, где находится в нанопорах имплантированный водород. В таком процессе тонкая пленка кремния переходит с рабочей пластины на окисленную поверхность опорной пластины. В дальнейшем структура КНИ подвергается кратковременному отжигу при 11000 С, в результате чего удаляются созданные в процессе имплантации радиационные дефекты и водород. Полученный таким образом тонкий слой полируется. Для производства высококачественных структур КНИ особую роль играют технологические процессы протонирования, очистки, окисления и активирования (активации) поверхности. Такого же типа стадии технологии обработки пластин присущи и для процесса получения структур кремний на германии, а также германий и германий/кремний на кремнии и изолирущих подложках 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО ОЧИСТКЕ И ОКИСЛЕНИЮ СТАНДАРТНЫХ ПЛАСТИН КРЕМНИЯ 2.1 Очистка пластин кремния в процессах полупроводникового производства Для того, чтобы провести прямое связывание пластин большого диаметра и избежать большого количества пор, обе поверхности пластин не должны содержать загрязнений в виде частиц, пленок органических соединений, ионных загрязнений. Существующие методы обработки кремниевых пластин позволяют достигать достаточно высокого уровня очистки. В производстве интегральных схем процессы химической обработки занимают около трети всех технологических операций. Существует множество способов химической обработки [25]. Метод погружения полупроводниковых структур в растворы (технологические среды) является доминирующим на предприятиях, использующих жидкостные способы очистки и травления. Комплект оборудования данного способа очистки состоит из ванн различного назначения, скомпонованых в единую технологическую линию, применяемых в соответстви с необходимыми требованиями к уровню производства ИС [26, 27]. Завершающей стадией жидкостной химической обработки структур является сушка. Среди наиболее известных методов сушки пластин, таких как сушка паром, сушка по методу движущейся зоны Марангони, сушка центрифугированием является самым распространенным [26, 27]. Проведенные исследования показали, что сушка является критической операцией процесса химической обработки кремниевых пластин. Очистка без обеспечения соответствующего уровня сушки приводит к повторному загрязнению поверхности. В процессе проведения химических обработок применяют различные способы контроля чистоты поверхности структуры. Различают различные загрязнения: механические и ионные, органические и неорганические. Например, в отечественном производстве ИС для экспрес-анализа качества отмывки при выходном контроле партий пластин с операции химической обработки обычно учитывают механические загрязнения. Методика контроля постоянно совершенствуется и изменяется соответственно изменению требованиям к качеству отмывки. В технологии производства полупроводниковых структур используются разнообразные процессы жидкостной химической обработки. Нами были проведены эксперименты по выявлению влияния химической обработки на состояние поверхности полупроводниковых структур. Контроль качества поверхности осуществляли с помощью зондовой микроскопии применением сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) SOLVER, производства фирмы NT-MDT. Образцами служили пластины КДБ–12(100) диаметром 150 мм. Процессы химической обработки проводили методами погружения в растворы и воздушно – капельного распыления растворов в кислотном процессоре «Mercury MP». Сравнение полученных результатов воздействия реактивов и методов обработки пластин проводили на основе анализа изображения поверхности исследуемых образцов. На поверхности исходной пластны максимальный размер неровностей (Rmax) равен 1,0 нм, шероховатость (Ra) составляет величину большую 0,1 нм. На структуре, прошедшей обработку в течение 10 сек в буферном травителе (аммоний гидродифторид - NH4(HF)2), величина максимальных микронеровностей имела значения около Rmax=0,659 нм, что соответствовало наименьшим значениям из всех образцов в проведенных экспериментах. Нами были исследованы поверхность исходной и пластины обработанной в ваннах методом погружения и аэрозольно-капельного распыления. Обработку проводили в смеси серной кислоты и перекиси водорода, затем в смеси аммиака, воды и перекиси водорода. Аэрозольно-капельное распыление проводили в кислотном процессоре «Mercury MP» с последовательной обработкой в растворах серной кислоты и перекиси водорода, раствора плавиковой кислоты, смеси аммиака, воды и перекиси водорода, водного раствора соляной кислоты с перекисью водорода. На пластине, обработанной в кислотном процессоре и термически окисленной до 0,6 мкм (во влажном О2 при температуре 9000 С) наблюдались значения Rmax=3,240 нм и Ra=0,195 нм, что представляло наибольшие значения. Таким образом, проведенные нами исследования позволили проанализировать основные факторы, влияющие на чистоту полупроводниковых структур в процессе производства интегральных схем и КНИ структур. В процессе работы было установлено, что одним из основных факторов, влияющих на показатель уровня дефектности пластин кремния является оборудование. Технологический процесс сушки кремниевых пластин после химической обработки может быть причиной высокого уровня привносимых загрязнений. Исследование распределения загрязнений при сушке структур различными методами позволило выявить, что использование центрифуг с фронтальной загрузкой пластин позволяет существенно снизить уровень привносимых загрязнений. Исследование влияния химической обработки пластин кремния на морфологию поверхности на сканирующем зондовом микроскопе позволило выявить происходящие изменения, определить шероховатость и величину микронеровностей поверхности. Отметим, что подробные исследования очистки пластин кремния и германия в настоящее время нам неизвестны. 2.2 Окисление пластин кремния и германия Поверхности кремния и германия, подвергнутые описанной выше очистке, содержат тонкий естественный слой оксида (толщиной ~1-2 нм). Для получения поверхности с толщинами оксида порядка 1 мкм необходима специальная стадия термического окисления, выполняемая в диффузионной печи при температурах около 11500 С с помощью высокотемпературных реакций с сухим или влажным кислородом. Эти процессы окисления хорошо исследованы и широко используются в электронной промышленности. Главное внимание нами было уделено рассмотрению процесса термообработки для сращивания пластин кремния и германия во влажных условиях (включая использование химической сборки поверхности методом молекулярного наслаивания). 2.3. Процесс окисления кремния в структурах КНИПри сращивании пластин кремния в атмосфере кислорода следует учитывать наряду с процессами типа (1) процессы окисления поверхностей сращиваемых пластин. Процесс окисления кремния имеет фундаментальное значение в микроэлектронике [20]. Поэтому исследованиям этого процесса посвящено множество экспериментальных и теоретических работ. Установлено, что процесс окисления кремния в атмосфере кислорода является сложным и многостадийным. В феноменологическом приближении, основанном на термодинамических расчетах, процесс окисления в пренебрежении диссоциативными реакциями кислорода характеризуется брутто-рекциями [34]  (1) (2)и  (3) (4)Сразу же отметим, что реакцией типа (1) можно пренебречь во всем интервале температур окисления (800 ÷1600 К) и давлениях кислорода вплоть до 10-9 атм, так как парциальное давление  ничтожно мало. Термодинамический анализ реакций (1)-(4) и экспериментальные исследования позволяют заключить, что при относительно низких температурах и достаточно высоких парциальных давлениях кислорода скорость образования двуокиси кремния по реакции (2) намного превышает скорость ее восстановления до моноокиси, и на поверхности кремния образуется термодинамически стабильная пленка  (кристаллическая или стеклообразная). При достаточно высоких температурах и низких парциальных давлениях кислорода скорость образования по реакции (3) значительно превышает скорость образования по реакции (2). В этом случае отводится от поверхности окисления в газовую фазу, а пленка не растет вовсе, то есть наблюдается активная фаза процесса окисления. Выделяющейся газ окисляется на поверхности по реакции (4). Если на поверхности выращен толстый слой , а затем образец нагрет до высоких температур в вакууме, то по реакции (4) диссоциирует на и  со скоростью, определяемой скоростью газофазного переноса молекул и от реакционной поверхности раздела. Таким образом, концентрация в системе  --- испытывает осцилляции.2.4. Синергетический подход к процессу окисленияВ этой связи интересно рассмотреть практически важный случай процесса окисления кремния, протекающего вдали от термодинамического равновесия, когда исходные продукты ( и ) «подводятся», а продукты реакции (например, ) «отводятся». Покажем ниже, что в этом случае к процессу окисления кремния в атмосфере кислорода возможен синергетический подход [35-38].Допустим, что концентрации атомов Si и молекул и и константы скоростей  и  поддерживаются постоянными. Обозначим концентрации этих реагентов  Согласно (2)-(4), скорости реакций  могут быть записаны в виде (5) (6) (7)Согласно (2)-(4) и (5)-(7) полное изменение  во времени  равно сумме полных скоростей реакций  , так что  + +  = (8)Изменяя в (8) соответствующим формальным образом единицы измерения времени и концентрации, можно записать  (9) |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Муниципальное общеобразовательное учреждение Дубна, Московская область, ул. Понтекорво,16, тел/факс: 3-02-91, е-mail: school6@uni-dubna ru | | Урок математики в 5 классе ... |
 | Семья Кюри Развивать познавательный интерес к наукам на примере беззаветного служения делу семьи Кюри; создать на уроке эмоциональные и мотивационные... | | Извещение 190 зк о размещении муниципального заказа путем проведения... Администрации города, расположенный по адресу: 141980, г. Дубна, ул. Академика Балдина, д. 2 (номер контактного телефона: (49621)... |
| Положение о III региональном конкурсе образовательных проектов, посвящённом... Настоящее положение определяет цели, задачи и порядок проведения III регионального конкурса образовательных проектов «Московская... | | Барвихинская средняя общеобразовательнаяшкола (143000, Московская... |
| Синтаксический и пунктуационный разбор Московская область, Клинский район, село Воздвиженское, д. 16, тел. 8 (49624) 56-183 | | Города королёва московской области Королёв, Московская область, проспект Космонавтов, 5-а тел./ факс (495) 512-54-50 |
| Города королёва московской области Королёв, Московская область, проспект Космонавтов, 5-а тел./ факс (495) 512-54-50 | | Многообразие животных Московская область, Сергиево-Посадский район, посёлок Реммаш, ул. Мира, 8, тел.(факс) 8(496) 546-81-72 |
| Повышение уровня профессионального мастерства педагогических работников Манушкино,д. 18 Чеховский муниципалльный район,Московская область, 142321, тел. 724-51-86 | | Муниципальное общеобразовательное учреждение опалиховская средняя общеобразовательная школа Московская область, г. Красногорск, мкр. Опалиха, ул. Чапаева, д. 59Ател/факс: 563-91-31 |
| 141075, г. Королёв, Московская область, ул. Дзержинского, д. 24/2 Государственного образовательного учреждения среднего профессионального образования королевского машиностроительного техникума московской... | | Екатеринбург Москва Пермь Санкт-Петербург Регионы Московская область Москва |
| 142003, Московская область, г. Домодедово, ул. Талалихина, д. 6; тел/факс 8 (49679) 74788 Домодедовская средняя общеобразовательная школа №7 с углубленным изучением отдельных предметов | | Публичный доклад Муниципальное бюджетное образовательное учреждение... Сдюсшор «Союз» расположена по адресу: Московская область, г. Дзержинский, ул. Спортивная д. 3а |
