25
8/12/2019 Bài gi ng Ô xy hóa nhi t (đ i v i Si) http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 1/25 Ô Ô xy xy h h ó ó a a nhi nhi t t ( ( đ đ ố ố i i v v i i Si) Si)  Đạihc Bách khoa Hà Ni TS. Lê Tun WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 1/25

ÔÔ xyxy hhóóaa nhinhiệệtt((đđố ố ii vvớớii Si)Si)

 Đại học Bách khoa Hà NộiTS. Lê Tuấn

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 2: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 2/25

221/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ( ( đ đ ố  ố  i i v v ớ  ớ  i i Silic Silic  ) )

Ôxit SiO2 là ch t vô định hìnhKhố i lượng riêng = 2,2 gm/cm3 , trong khi của SiO2 (thạch anh) = 2.65 gm/cm3Mật độ phân tử = 2,3E22 phân tử / cm3

Là ch t cách điện lý tưởng Điện tr ở suấ t > 1E20 Ohm-cm Độ r ộng vùng cấ m ~ 9 eV

Có giá tr  ị điện tr ường đánh thủng caoEbr > 10 MV/cm

Có b ề mặt phân cách Si/SiO2 ổn định và dễ lặp l iCó lớp ôxit mọc bao quanh bề mặt tiếp xúc với bên ngoài của Si

Là mặt n  r  t tốt đố i với khuế ch tán các tạp chấ t thông dụngCó tính ăn mòn phân biệt r  t tốt với Si

Tính chấ t chung của ôxit Silic (SiO2)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 3: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 3/25

331/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

TTíínhnh totoáánn chichi ề ềuu ddààyy llớớpp ôô xitxit::

)/.(   oxSiSiox   N  N  X  X    =

Tiêu hao chi ều dày Si khi tạo SiO2 bằng ô xy hóa nhiệt

B ề mặt ban đ ầu

ox

Si

Siox  N 

 N  X  X 

  ×= Mật độ SiO2

Mật độ Si

Cứ 1 µm Si bị ô xy hóa tạo nên 2,17 µm SiO2

Luồng ch t ô xy hóa

Khô: O2

Ẩm: H2O hoặc O2 + H2O

Lớp chuyển tiếp luồng khí 

Lớp SiO2 được t o ra

 Đ

ế Si

Khuếch tán khí 

Khuếch tán r ắn

Hình thành SiO2

 Động học quá trình ô xy hóa nhiệt Si

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 4: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 4/25

441/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

GiGiảả thithiế ế tt:: ThôngThông lưlượợngng khkhíí vvậậnn chuychuyể ể nn

hhGG – – hhệệ ssố ố vvậậnn chuychuyể ể nn khkhố ố ii,, đơnđơn vvịị cm/scm/s

ThôngThông lưlượợngng khukhuế ế chch ttáánn Đ Địịnhnh luluậậtt FixFix khukhuế ế chch ttáánn trongtrong ththể ể r r ắắnn

DD – – hhệệ ssố ố khukhuế ế chch ttáánn ,, đơnđơn vvịị cmcm22/s/s

ThôngThông lưlượợngng thamtham giagia phphảảnn ứứngngttạạoo SiOSiO22 ttạạii mmặặtt phânphân ccááchch

kkss – – hhệệ ssố ố  ttố ố cc đđộộ phphảảnn ứứngng bb ề ề mmặặtt,, đơnđơn vvịị cm/scm/s

Mô hình ô xy hóa nhiệt Deal - Grove

LiênLiên hhệệ CCoo vvàà CCss theotheo đđịịnhnh luluậậtt Henry:Henry:

HH – – hhệệ ssố ố Henry;Henry; PPss – – áápp susuấ ấ tt riêngriêng phph ầ ầnn ccủủaa chchấ ấ tt ôô xyxyhhóóaa ((ởở ddạạngng khkhíí)) ttạạii bb ề ề mmặặtt phphảảnn ứứngng

TaTa llấ ấ yy , ,, ,suysuy rara::

⎟⎟ ⎠

 ⎞

⎜⎜⎝ 

⎛    −

−≈∂

−= ox

io

 X 

C C 

 D x

 DF 2

is  C k F    ×=3

( )sso

  C kT  H P H C    ⋅⋅=⋅=

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 5: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 5/25

551/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

GGọọii ,, tata xxáácc đđịịnhnh

ỞỞ điđi ề ềuu kikiệệnn tr tr ạạngng ththááii ddừừngng,, ccáácc gigiáá tr tr ịị thôngthông lưlượợngng phphảảii nhưnhư nhaunhau,, tata ccóó haihai

phươngphương tr tr ììnhnh FF11 = F= F22 vvàà FF22 = F= F33,, vvớớii haihai  ẩ ẩ nn ssố ố CCoo vvàà CCii.. GiGiảảii hhệệ phươngphương

tr tr ììnhnh,, tata ccóó kkế ế tt ququảả::

NNế ế uu ggọọii NN11 llàà mmậậtt   đđộộ chchấ ấ tt ôô xyxy hhóóaa cc ầ ầnn thithiế ế tt   đđể ể  ttạạoo rara 11 đơnđơn vvịị ththể ể  ttííchch

SiOSiO22,, tata ccóó theotheo  đđịịnhnh nghngh ĩ  ĩ aa (N(N11= 2,3E22 cm= 2,3E22 cm--33 chocho ôô xyxy hhóóaa khôkhô vvớớii OO22,, vvàà= 4,6E22 cm= 4,6E22 cm--33 chocho ôô xyxy hhóóaa ẩ ẩ mm vvớớii HH22O)O)

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

( )G A   C  HkT C    ⋅≡   ( ) ( )o Ao A

G

C C hC C  HkT 

h

F    −≡−=1

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 6: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 6/25

661/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t  ((titiế ế pp))

VVớớii điđi ề ềuu kikiệệnn banban đđ ầ ầuu t = 0, Xt = 0, X00

= X= Xii,,

vvớớii:: vvàà::

sausau khikhi ttííchch phânphân,, tata ccóó nghinghiệệmm::   ( )

⎥⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢⎢

−+

⎟ ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ 

+

⎟ ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ =   141

2

2

τ  t  B

 A

 B

 A

 B

 B X 

ox

VVớớii tt nhnhỏỏ (t << A/2),(t << A/2), XXoxox tăngtăng tuytuyế ế nn ttíínhnh vvớớii t.t. VVớớii tt llớớnn (t >> A/2)(t >> A/2),, XXoxox tăngtăng ttỷỷ llệệ vvớớii tt1/21/2..

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 7: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 7/25

771/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

VVớớii gigiảả thithiế ế tt khôngkhông ccóó llớớpp ôô xitxitSiOSiO22 banban đđ ầ ầuu (X(Xii = 0),= 0), tata ccóó đđ ồ ồ ththịị

xxáácc đđịịnhnh chichi ề ềuu ddààyy llớớpp SiOSiO22 nhinhiệệtttheotheo ththờờii giangian ôô xyxy hhóóaa nhinhiệệtt..

 Đ Để ể xxáácc đđịịnhnh chchế ế  đđộộ ôô xyxy hhóóaa,,ngưngườờii tata ddùùngng ccáácc phươngphương phpháápp:: TTíínhnh totoáánn chichi ề ềuu ddààyy vvàà ththờờii giangian oo xyxy

hhóóaa,, ddựựaa trêntrên ccáácc gigiáá tr tr ịị B/AB/A vvàà B.B.

DDùùngng đđ ồ ồ ththịị chuchuẩ ẩ nn hhóóaa theotheo ccáácc chchế ế đđộộ đãđã xxáácc đđịịnhnh ttừừ tr ưtr ướớcc

SauSau

khikhi

ôô

xyxy

hh

óó

aa

,,

ccóó

ththể ể 

dd

ùù

ngng

bbảả

ngng

mmààuu đđể ể soso vvàà xxáácc đđịịnhnh chichi ề ềuu ddààyy..

VVíí ddụụ: Ô: Ô xyxy hhóóaa (100) Si(100) Si trongtrong haihaichchế ế  đđộộ ẩ ẩ mm vvàà khôkhô vvớớii xxii =0.=0.

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 8: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 8/25

Page 9: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 9/25

991/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

SSựự phphụụ thuthuộộcc vvààoo ccáácc thôngthông ssố ố côngcông nghnghệệ KhiKhi chichi ề ềuu ddààyy llớớpp SiOSiO22 còncòn nhnhỏỏ,, ttố ố cc đđộộ ôô xyxy hhóóaa xxáácc đđịịnhnh

bbởởii gigiáá tr tr ị nhnhỏ hơnhơn gigiữữaa ccáácc hhệệ ssố ố chuychuyể ể nn khkhố ố ii hhGG vvàà ttố ố ccđđộộ phphảảnn ứứngng bb ề ề mmặặtt kkss..

vvớớii QQ’’ – – năngnăng lưlượợngng hohoạạtt hhóóaa ccủủaa phphảảnn ứứngng ttạạii mmặặtt phânphân ccááchch SiSi – – SiOSiO22

KhiKhi chichi ề ềuu ddààyy llớớpp SiOSiO22 đđủủ llớớnn,, ttố ố cc đđộộ ôô xyxy hhóóaa ttỷỷ llệệ vvớớii tt1/21/2,,vvàà đưđượợcc quyquyế ế tt đđịịnhnh hohoàànn totoàànn bbởởii cơcơ chchế khukhuếchch ttáánn chchấ ấ ttôô xyxy hhóóaa quaqua llớớpp SiOSiO22 thôngthông quaqua hhệệ ssố ố khukhuế ế chch ttáánn D.D.

vvớớii QQ – – năngnăng lưlượợngng hohoạạtt hhóóaa khukhuế ế chch ttáánn. B. B gigiảảmm dd ầ ầnn khikhi NN11 tăngtăng lênlên..

ÔÔ xyxy hhóóaa ởở áápp susuấ ấ tt caocao KhiKhi áápp susuấ ấ tt riêngriêng phph ầ ầnn PPGG ccủủaa chchấ ấ tt ôô xyxy hhóóaa tăngtăng lênlên,, gigiáá tr tr ịị ccủủaa CC A A ccũũngng tăngtăng,, ddẫẫnnđđế ế nn ttố ố cc đđộộ ôô xyxy hhóóaa tăngtăng lênlên. Ta. Ta ccóó ththể ể  titiế ế nn hhàànhnh ôô xyxy hhóóaa ởở áápp susuấ ấ tt caocao vvớớii nhinhiệệttđđộộ TT ththấ ấ pp hơnhơn đđể ể ccùùngng đđạạtt chichi ề ềuu ddààyy llớớpp SiOSiO22 – – ýý nghngh ĩ  ĩ aa côngcông nghnghệệ đđáángng kkể ể ..

SuySuy luluậậnn tươngtương ttựự chocho hhệệ ssố ố BB

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 10: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 10/25

10101/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t  ((titiế ế pp))

Mặt phân cách Si – Si02

Tính chấ t của mặt phân cách Si – SiO2 có ảnh hưởng quyế t  định tới các thông số vàsự hoạt  động của các linh kiện trong IC. Phân biệt bố n loại  điện tích : các  điện tích Qit

bị bẫy trên b ề mặt phân cách, các  điện tích cố   định Qf  của lớp SiOx (1 < x < 2), cácđiện tích Qot bị bẫy trong lớp SiO2, và nhấ t là các  điện tích linh  động Qm.

 Để  giảm Qf  người ta sử dụng môitr ường khí tr  ơ  Ar hoặc N2 để  làmnguội mẫu sau khi ô xy hóa tạo lớp

SiO2.Bước ủ mẫu cuố i cùng ở 450 – 500ºC trong môi tr ường 10% H2 + 90%N2 (forming gaz) sau khi phủ lớpkim loại làm   đường dẫn sẽ giúpgiảm thiể u Qit.

Qm khó bị loại tr ừ hơn cả. Biệnpháp là giữ sạch và sử dụng hiệuứng gettering  (ô xy hóa với khí có

chứa halogen).

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 11: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 11/25

11111/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

HiHiệệuu ứứngng nn ồ ồngng  đđộộ ttạạpp chchấ ấ tt caocao NN ồ ồngng  đđộộ ttạạpp chchấ ấ tt ccààngng caocao,, ttạạii bb ề ề mmặặtt SiSi

ccààngng ccóó nhinhi ề ềuu nnúútt khuykhuyế ế tt,, khikhiế ế nn kkss tăngtăng..

VVíí ddụụ:: SSựự phphụụ thuthuộộcc ccủủaa ccáácc hhệệ ssố ố B/A,B/A,

BB trongtrong ôô xyxy hhóóaa nhinhiệệtt khôkhô ởở 900900 ººCC vvààoonn ồ ồngng  đđộộ bb ề ề mmặặtt ccủủaa ttạạpp PP

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 12: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 12/25

12121/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

SSựự phphụụ thuthuộộcc vvààoo  đđịịnhnh hưhướớngng tinhtinh ththể ể ccủủaa  đđế ế SiSi LLàà ssựự phphụụ thuthuộộcc ccủủaa kkss vvààoo ccáácc mmặặtt tinhtinh ththể ể :: kks(111)s(111) > k> ks(100)s(100)..

DoDo mmậậtt  đđộộ bb ề ề mmặặtt ccáácc nguyênnguyên ttừừ SiSi khkháácc nhaunhau:: ttạạii mmặặtt (100)(100) llàà7.107.101414 cmcm--22,, ttạạii (111)(111) – – 8. 7.108. 7.101414 cmcm--22..

MMậậtt  đđộộ nguyênnguyên ttửử ccààngng caocao,, ssố ố ccáácc liênliên kkế ế tt ccóó ssẵẵnn  đđể ể  thamtham giagiaphphảảnn ứứngng hhóóaa hhọọcc ccààngng llớớnn..

SSựự khkháácc bibiệệtt ccààngng llớớnn,, nnế ế uu chichi ề ềuu ddààyy ccáácc llớớpp SiOSiO22 ccààngng nhnhỏỏ..

Mỏng hơnDàyhơn

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 13: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 13/25

13131/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

ÔÔ xyxy hhóóaa SiSi đađa tinhtinh ththể ể (poly(poly--Si)Si) QuQuáá tr tr ììnhnh ôô xyxy hhóóaa xxảảyy rara ccảả ởở trêntrên bb ề ề mmặặtt polypoly--SiSi llẫẫnn trêntrên mmặặtt phânphân ccááchch ởở biênbiên

ccáácc hhạạtt  đađa tinhtinh ththể ể . Do. Do biênbiên hhạạtt ttậậpp trungtrung nhinhi ề ềuu saisai hhỏỏngng hơnhơn trongtrong lònglòng ccáácc hhạạttđađa tinhtinh ththể ể nênnên ttố ố cc  đđộộ ôô xyxy hhóóaa ttạạii biênbiên hhạạtt caocao hơnhơn..

BB ề ề ddààyy llớớpp SiOSiO22  đưđượợcc ttạạoo nênnên do ôdo ô xyxy hhóóaa polypoly--SiSi ccóó bb ề ề ddààyy bibiế ế nn  đđổ ổ ii nhinhi ề ềuu, do, dođđóó,, đđộộ gg ồ ồ ghgh ề ề ccủủaa bb ề ề mmặặtt SiOSiO22 r r ấ ấ tt rõrõ r r ệệtt..  Đ Độộ gg ồ ồ ghgh ề ề ccààngng tăngtăng,, nnế ế uu chichi ề ềuu ddààyyXXoxox ccààngng tăngtăng..

MMặặtt khkháácc,, llớớpp SiOSiO22 trongtrong tr ưtr ườờngng hhợợpp nnààyy xxố ố pp hơnhơn soso vvớớii llớớpp SiOSiO22  đưđượợcc ttạạoo ththàànhnhdo ôdo ô xyxy hhóóaa nhinhiệệtt  đơnđơn tinhtinh ththể ể Si.Si.

NhNhììnn chungchung,, ttố ố cc  đđộộ ôô xyxy hhóóaa polypoly--SiSi caocao hơnhơn soso vvớớii ôô xyxy hhóóaa  đơnđơn tinhtinh ththể ể Si.Si.

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 14: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 14/25

Page 15: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 15/25

15151/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

HiHiệệuu ứứngng ququáá tr tr ììnhnh ôô xyxy hhóóaa theotheo hhììnhnh ththááii

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 16: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 16/25

WWWDAYKEMQUYNHON UCOZ COM

Page 17: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 17/25

17171/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

PhânPhân bbố ố  llạạii ttạạpp chchấ ấ tt trongtrong ququáá tr tr ììnhnh ôô xyxy hhóóaa nhinhiệệttCCóó ththể ể xxảảyy rara mmộộtt trongtrong ccáácc tr ưtr ườờngng hhợợpp::

aa)) m < 1m < 1:: Lưu lượng dòng khí coi như không   đổ i vàtạp chấ t khuế ch tán chậm trong SiO2. VVíí ddụụ:: ttạạpp chchấ ấ tt

B (m = 0,3)B (m = 0,3) nghnghèèoo  điđi gg ầ ầnn biênbiên phânphân ccááchch SiSi – – SiOSiO22..bb)) m > 1m > 1:: Tạp chấ t khuế ch tán chậm trong SiO2. TTạạppchchấ ấ tt P, As,P, As, SbSb tăngtăng nn ồ ồngng  đđộộ gg ầ ầnn biênbiên phânphân ccááchch SiSi – –SiOSiO22..c)c) m < 1m < 1:: TTạp chấ t khuế ch tán nhanh trong SiO2. Ví

dụ: B bị ô xy hóa ở b ề mặt phân cách khi có mặt H2nên n ồng  độ nghèo  đi.d)d) m > 1m > 1:: Tạp chấ t khuế ch tán nhanh trong SiO2. TTạạppchchấ ấ tt GaGa (m = 20)(m = 20) vvẫẫnn gigiảảmm nn ồ ồngng   đđộộ gg ầ ầnn biênbiên phânphânccááchch SiSi – – SiOSiO22..

Hệ số phân tách tạp chấ tm:

C1và C2 – n ồng  độ cân bằng của tạpchấ t trong Si và SiO2, tương ứng.

a) b) c) d)

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWWDAYKEMQUYNHON UCOZ COM

Page 18: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 18/25

18181/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

ÔÔ xyxy hhóóaa ttạạoo llớớpp SiOSiO22 mmỏỏngng MôMô hhììnhnh DealDeal – – GroveGrove phphùù hhợợpp r r ấ ấ tt ttố ố tt vvớớii kkế ế tt ququảả ththựựcc nghinghiệệmm,, tr tr ừừ tr ưtr ườờngng hhợợpp

ccáácc llớớpp SiOSiO22 mmỏỏngng dưdướớii 20 nm20 nm thuthu  đưđượợcc trongtrong ôô xyxy hhóóaa khôkhô vvớớii OO22..

VVìì vvậậyy,, trongtrong ccáácc llớớpp SiOSiO22 ddààyy,, ngưngườờii tata thưthườờngng llấ ấ yy gigiáá tr tr ịị llớớpp SiOSiO22 banban đđ ầ ầuu XXii ==

25 nm25 nm khikhi áápp ddụụngng mômô hhììnhnh DealDeal – – Grove.Grove. CCáácc llớớpp SiOSiO22 mmỏỏngng  đưđượợcc ddùùngng trongtrong ccáácc linhlinh kikiệệnn tunnel,tunnel, ccũũngng nhưnhư trongtrong VLSIVLSI – –

ULSIULSI điđiệệnn áápp ngungu ồ ồnn ththấ ấ pp..

NgoNgoààii rara,, ccũũngng cc ầ ầnn kkể ể  đđế ế nn llớớpp SiOSiO22 ttựự nhiênnhiên vvớớii chichi ề ềuu ddààyy ~ 10~ 10 – – 100100 Å Å thưthườờngng

phpháátt tritriể ể nn r r ấ ấ tt nhanhnhanh trêntrên bb ề ề mmặặtt SiSi ssạạchch ngayngay ccảả ởở nhinhiệệtt  đđộộ khôngkhông caocao..

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 19: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 19/25

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Page 20: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 20/25

20201/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

ẢẢnhnh hihiể ể nn vivi điđiệệnn ttửử truytruy ề ềnn quaqua ccủủaa llớớpp SiOSiO22..KhiKhi llớớpp SiOSiO22 mmỏỏngng  điđi,, hihiệệuu ứứngng tunneltunnel tăngtăng lênlên.. TuyTuy nhiênnhiên,, nnế ế uu chichi ề ềuu ddààii kênhkênh ddẫẫnn gigiảảmm xuxuố ố ngng,, ccóó

ththể ể bbỏỏ quaqua hihiệệuu ứứngng tunneltunnel – – llạạii ccóó ththể ể chchế ế ttạạoo ccáácc transistor MOStransistor MOS kkííchch thưthướớcc nhnhỏỏ vvớớii llớớpp ôô xitxit ccựựccccửửaa r r ấ ấ tt mmỏỏngng..

VVớớ

iiccáá

cc

llớớ

pp

tunnel SiOtunnel SiO

22 1,5 nm1,5 nm

tt ầ ầ

nn

ssố ố 

ccắắ

tt

ccủủ

aa

MOSFETMOSFET

lênlên

ttớớ

ii150 GHz.150 GHz.

MOSFETMOSFET vvớớii llớớpp SiOSiO22 ccựựcc ccửửaa ddààyy 1,3 nm1,3 nm ccóó mmậậtt  đđộộ dòngdòng  điđiệệnn trongtrong kênhkênh ddẫẫnn 1,81,8 mAmA/mm,/mm, đđộộ hhỗỗddẫẫnn ccựựcc caocao 1,2 S/mm1,2 S/mm ttạạii ngungu ồ ồnn nuôinuôi 1,5 V.1,5 V.  Đã Đã ccóó ccáácc mmạạchch VLSIVLSI vvớớii ngungu ồ ồnn nuôinuôi 0,5 V.0,5 V.

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Page 21: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 21/25

21211/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

BBảảngng soso mmààuu  đđể ể  đđáánhnh gigiáá chichi ề ềuu ddààyy llớớpp SiOSiO22 trêntrên  đđế ế SiSi

DDựựaa trêntrên mmẫẫuu hhệệ gươnggương FabryFabry – – Perot (Perot (haihai mmặặtt gigiớớii hhạạnn songsong songsong trêntrên vvàà dưdướớiiccủủaa llớớpp SiOSiO22),), ttíínhnh hhệệ ssố ố phphảảnn xxạạ:: vvớớii::

Theo Principles ofSemiconductorDevices, B. VanZeghbroeck, 2004

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Page 22: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 22/25

Page 23: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 23/25

ÔÔWWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Page 24: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 24/25

24241/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

ÔÔ xy  xy hhóóaa nhi nhi ệ ệ t t ((titiế ế pp))

BBààii ttậpp

1.1. TTíínhnh chichi ề ềuu ddààyy llớớpp SiOSiO22 ttạạoo ththàànhnh trongtrong ququáá tr tr ììnhnh ôô xyxy hhóóaa ẩ ẩ mm ởở nhinhiệệtt   đđộộ 920920 ººCC trongtrong 120120 phphúútt..ChoCho r r ằằngng,, llớớpp SiOSiO22 banban đđ ầ ầuu ccóó chichi ề ềuu ddààyy 10001000 Å Å..

   ĐS   ĐS:: ttoxox

 ≈≈ 0,480,48 µµm.m.

2.2. TrênTrên  đđế ế SiSi ssạạchch cc ầ ầnn ttạạoo llớớpp SiOSiO22 ccựựcc ccửửaa ccủủaa MOS FETMOS FET vvớớii chichi ề ềuu ddààyy 10001000 Å Å. Cho. Cho bibiế ế tt ththờờii giangianvvàà quyquy luluậậtt ttạạoo ththàànhnh llớớpp SiOSiO22 đđóó trongtrong haihai tr ưtr ườờngng hhợợpp ôô xyxy hhóóaa khôkhô vvàà ẩ ẩ mm..

3.3. MMẫẫuu SiSi đưđượợcc ôô xyxy hhóóaa 11 gigiờờ trongtrong OO22 khôkhô ởở 12001200 ººC.C. HHỏỏii chichi ề ềuu ddààyy llớớpp SiOSiO22   đưđượợcc ttạạoo ththàànhnh.. NNế ế uumumuố ố nn ttạạoo thêmthêm mmộộtt llớớpp SiOSiO22 ddààyy 0,10,1 µµmm bbằằngng ôô xyxy hhóóaa ẩ ẩ mm ởở ccùùngng nhinhiệệtt   đđộộ ththìì cc ầ ầnn thêmthêm baobaonhiêunhiêu ththờờii giangian??

   ĐS   ĐS:: ttoxox = 0,196= 0,196 µµm; t = 0,067 h = 4,53 min.m; t = 0,067 h = 4,53 min.

4.4.  Đ Đế ế pp--Si <100>Si <100> đưđượợcc   đđặặtt trongtrong bubu ồ ồngng ôô xyxy hhóóaa ẩ ẩ mm ởở nhinhiệệtt   đđộộ 10501050 ººCC đđể ể  ttạạoo ththàànhnh llớớpp SiOSiO22 ddààyy0,450,45 µµm.m. XXáácc  đđịịnhnh ththờờii giangian ôô xyxy hhóóaa..

5.5. SauSau khikhi ôô xyxy hhóóaa ẩ ẩ mm nhưnhư ởở bbààii 4,4, ngưngườờii tata mmởở ccửửaa ssổ ổ  ((ttẩ ẩ yy llớớpp SiOSiO22 mmộộtt didiệệnn ttííchch nhnhấ ấ tt   đđịịnhnh)) r r  ồ ồii

ththựựcc hihiệệnn ôô xyxy hhóóaa khôkhô trongtrong 2020 phphúútt ởở 10001000 ººCCđđ

ể ể  ttạạoo llớớpp ôô xitxit ccựựcc ccửửaa.. XXáácc  đđ

ịịnhnh chichi ề ềuu ddààyy llớớppSiOSiO22 ccựựcc ccửửaa vvàà llớớpp ôô xitxit ởở vvùùngng còncòn llạạii..

6.6.  Đ Đố ố ii vvớớii ccáácc MOSFETMOSFET ccóó kkííchch thưthướớcc ((chichi ề ềuu ddààii kênhkênh ddẫẫnn)) dưdướớii 11 µµm,m, ngưngườờii tata   đôiđôi khikhi cc ầ ầnn nhnhữữngngllớớpp SiOSiO22 ccựựcc ccửửaa chichi ề ềuu ddààyy ~ 100~ 100 Å Å.. MMặặcc ddùù ôô xyxy hhóóaa ởở nhinhiệệtt   đđộộ caocao r r ấ ấ tt khkhóó khkhố ố ngng chchế ế nhnhữữngngchichi ề ềuu ddààyy llớớpp SiOSiO22 nhưnhư vvậậyy,, nhưngnhưng   đđóó vvẫẫnn llàà bibiệệnn phpháápp côngcông nghnghệệ   đưđượợcc   ưaưa chuchuộộngng.. HãyHãy gigiảảiiththííchch ttạạii saosao..

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Page 25: Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đối với Si)

8/12/2019 Bài giảng Ô xy hóa nhiệt (đố i vớ i Si)

http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-o-xy-hoa-nhiet-doi-voi-si 25/25

25251/1/20071/1/2007   Đ Đạại hi họọc Bc Báách khoa Hch khoa Hàà NNộộii

CCáámm  ơnơn  đãđã theotheo dõidõi !!!!!!

Mọi góp ý, bổ sung xin gửi  đế n:Dr. Le Tuan

Hanoi University of TechnologyInstitute of Engineering Physics

Dept. of Electronic Materials2nd Floor, C9 Building

1 Dai Co Viet Str., Hanoi, VietnamMobile: 0912 560 536

E-mail: [email protected]

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON