Тысченко И.Е. Попов И.В. Антонов В.А. Спесивцев Е.В.
Анодное окисление структур кремний-на-изоляторе
Докладчик: Тысченко И.Е.
Метод анодного окисления является низкотемпературным методом создания слоев оксидов различных материалов толщиной от долей до нескольких десятков нанометров. Преимущества этого метода перед термическим окислением обусловлены тем, что процесс окисления протекает при комнатной температуре и в тонком приповерхностном слое, метод обладает высокой точностью и прецизионностью. Не смотря на давнее использование анод-ного окисления для создания тонких слоев SiO2 на кремниевых подложках, возможности его использования для окисления структур кремний-на-изоляторе (КНИ) остаются практически не исследованными. Поэтому в данной работе будут представлены результаты исследований скорости окисления КНИ структур, созданных методом водородного переноса, в зависимо-сти от температуры последующего отжига и толщины слоя кремния.
КНИ структуры были изготовлены на линейке КНИ и КНС (кремний-на-сапфире) структур в Институте физики полупроводников СО РАН методом водородного переноса. Структуры состояла из подложки кремния марки КЭФ 10−20 с ориентацией (100), захоро-ненного слоя SiO2 толщиной 320 нм и отсеченного слоя кремния толщиной 540 нм. Иссле-дуемые образцы имели форму прямоугольника площадью ∼ 1 см2. Отжиг образцов прово-дился в печи при температурах 600−1100 оС, в течение 15 мин, в потоке N2. Анодное окис-ление проводилось в ячейке, в которой анодом являлся окисляемый образец КНИ, а катодом — пластина высокоомного кремния. Окисление проводилось в гальваностатическом режиме при комнатной температуре, плотность тока составляла 8 мА/см2. Окисленные слои после-довательно удалялись в растворе HF:H2O = 1:50. Контроль толщины окисленных слоев осу-ществлялся методом спектральной эллипсометрии на эллипсометре ”Эллипс-1891“, изго-товленном в Институте физики полупроводников СO РАН.
Установлено, что скорость окисления перенесенных не отожжённых пленок КНИ в 5 раз меньше по сравнению со скоростью окисления образцов монокристаллического объем-ного кремния. При этом наблюдается образование и рост водородных пузырей в приповерх-ностной области кремния, которое объясняется диффузией водорода, высвобождающегося в процессе реакции окисления, к вакансионным микропорам в слое КНИ. По мере отжига об-разцов в интервале температур 700−1100 оС скорость окисления увеличивается. Рост скоро-сти окисления также наблюдается и по мере поэтапного удаления анодно-окисленных сло-ев. После удаления приповерхностного слоя КНИ толщиной около 140 нм, нарушенного им-плантацией ионов H2+, скорость окисления в отожженных пленках становится сопоставимой со скоростью окисления объемных монокристаллических подложек Si. Уменьшение толщи-ны пленки КНИ до значений 100 нм приводит вновь к уменьшению скорости анодного окисления, а при толщинах менее 10 нм процесс окисления практически прекращается. Наблюдаемые эффекты обсуждаются с точки зрения перестройки связей Si-O на границе раздела Si/SiO2 и диффузии междоузельных атомов кремния в тонких КНИ слоях.
К списку докладов