Оборудование для диффузии и окисления

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Приборостроительный факультет

Кафедра «Микро- и нанотехника»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Оборудование производства материалов и компонентов электронной техники»

на тему

«ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДИФФУЗИИ И ОКИСЛЕНИЯ»

Исполнитель: студент группы 11304118

Синило А.В.

Руководитель:

Ковалевская А.В.

Минск-2021

Оглавление

Введение        3

1.Литературный обзор        4

1.1.Физические основы процесса диффузии        4

1.2.  Термическое окисление.        5

1.3. Виды оборудования для диффузий и окисления        6

1.3.1.Вакуумная печь        6

1.3.2. Плазменная обработка        7

1.3.3.Диффузионная печь        7

Введение

1.Литературный обзор

1.1.Физические основы процесса диффузии

Перенос примеси при диффузии (гетеродиффузия) вследствие хаотического теплового движения атомов осуществляется в направлении убывания градиента концентрации. В идеальных кристаллах диффузия происходит либо путем обмена мест между двумя соседними атомами, либо кольцевым обменом мест, что требует энергии, соизмеримой с энергией связи между атомами. В реальных кристаллах содержатся точечные дефекты Френкеля и Шоттки, концентрация которых экспоненциально возрастает с температурой.

 Теория диффузии в реальных кристаллах, развитая Я. Френкелем, Р.Вагнером и В.Шоттки, предполагает три механизма:

1) взаимный обмен мест, как в идеальном кристалле;

 2) диффузию по междоузлиям (междоузельный механизм)

3) диффузию по вакантным узлам (вакансионный механизм).

Скорость диффузии примесных атомов в металлах и полупроводниках обратно пропорциональна величине их растворимости.

Первый закон Фика определяет скорость проникновения атомов одного вещества в другое при постоянной во времени величине потока этих атомов и неизменном градиенте концентрации. Для одномерного случая плотность потока атомов примеси определяется уравнением:

[pic 1]

где D – коэффициент диффузии; dC/dx – градиент концентрации.

Коэффициент диффузии – это скорость, с которой система способна при заданных условиях выравнять разность концентраций. Эта скорость определяется температурой и зависит от энергии связи примесных атомов в решетке, количества вакансий, постоянной решетки и частоты колебаний атомов решетки

[pic 2]

где D0 – частотный фактор, постоянная, численно равная коэффициенту диффузии при бесконечно большой температуре; ΔE – энергия активации примеси.

Второй закон Фика определяет скорость накопления растворенной примеси в любой плоскости, перпендикулярной к направлению диффузии. Для одномерного случая:

[pic 3]

где dC/dt – изменение концентрации диффундирующего вещества в зависимости от времени.

Изложенная элементарная теория диффузии предполагает, что один вид примеси диффундирует независимо от любого другого и что скорость диффузии, т.е. коэффициент диффузии не зависит от концентрации. Эти допущения, однако, позволяют получить достаточно хорошее совпадение теоретических и экспериментальных данных.

1.2.  Термическое окисление.

Двуокись кремния широко используется в технологии ИМС: для создания масок, используемых при проведении локальных технологических процессов, формирования подзатворного диэлектрика в МДП-структурах, создания изолирующих слоев и др.

Применение пленки SiO2 в качестве маски при диффузии примесей основано на том, что коэффициент диффузии ряда примесей (P, B, As, Sb и др.) в ней значительно меньше, чем в кремнии. При ионном легировании маскирующие свойства пленки SiO2 основано на том, что длина пробега ионов в пленке меньше ее толщины.