Dr. Mizsei János előadásai alapján készítette Balotai Péter

Az előadások a következő témára: "Dr. Mizsei János előadásai alapján készítette Balotai Péter"— Előadás másolata:

1 Dr. Mizsei János előadásai alapján készítette Balotai Péter
Monolit technika AZ OXIDÁCIÓ Dr. Mizsei János előadásai alapján készítette Balotai Péter

2 Monolit technika - Oxidáció
SiO2 Monolit technika - Oxidáció

3 Monolit technika - Oxidáció
Kristályos könnyen törik oxigén szilícium Monolit technika - Oxidáció

4 Monolit technika - Oxidáció
Amorf (fused silica) oxigén szilícium ezt oxidáljuk Si + kationok (Ba, Na) = üveg (amorf) Monolit technika - Oxidáció

5 Monolit technika - Oxidáció
reakció itt fogy az ox konc.grad. alakul ki nincs felhalmozódás felületi koncentráció Si - SiO2 határfelületen lévő koncentráció Monolit technika - Oxidáció

6 Monolit technika - Oxidáció
Henry törvény: aktuális felületi koncentráció az oxidban egyensúlyi koncentráció a oxidban Si - SiO2 határfelületen lévő koncentráció (majd kiszámoljuk) Monolit technika - Oxidáció

7 Monolit technika - Oxidáció

8 Monolit technika - Oxidáció

9 rétegnövekedési sebesség – fontos, ezt keressük
Monolit technika - Oxidáció

10 Monolit technika - Oxidáció

11 Monolit technika - Oxidáció
Az eddigi egyenletekből átrendezéssel (1): Monolit technika - Oxidáció

12 Monolit technika - Oxidáció
Az eddigi egyenletekből átrendezéssel (2): Emlékeztetőül: reakciósebességi állandó oxid vastagság diffúziós állandó Monolit technika - Oxidáció

13 Monolit technika - Oxidáció
Határesetek: D kicsi, F kicsi, x0 nagy: diffúzió korlátozott növekedési sebesség Négyzetgyökösen nő az idővel Monolit technika - Oxidáció

14 Monolit technika - Oxidáció
Határesetek: D nagy, (ks kicsi), x0 kicsi: reakciósebesség által korlátozott folyamat Lineárisan nő az idővel Monolit technika - Oxidáció

15 Monolit technika - Oxidáció
Oxidnövekedés: Térfogategységre eső molekulaszám (”1000°C, 100 perc, 0.1 µm”) száraz oxid esetén kék Monolit technika - Oxidáció

16 Monolit technika - Oxidáció
kezdeti oxidvastagság Lehet már oxid a felületen: - nativ korábbi növesztés Monolit technika - Oxidáció

17 Monolit technika - Oxidáció
ha a már ott lévő xi vastag oxidot így vittük volna fel, az ennyi ideig tartott volna aktivációs energia konstans t, x0 kicsi „vastag” oxid „vékony” oxid Monolit technika - Oxidáció

18 Monolit technika - Oxidáció
Száraz oxid: Si + O2 SiO2 szilárd gáz szilárd Nedves oxid: Si + 2H2O SiO2 + 2H2 szilárd gőz szilárd gáz Monolit technika - Oxidáció

19 Monolit technika - Oxidáció
1200 oC 1000 oC gyökös jelleg (vastag oxid) lineáris jelleg (vékony oxid) Monolit technika - Oxidáció

20 Monolit technika - Oxidáció

21 Monolit technika - Oxidáció
Oxidréteg növekedése száraz oxigénben Itt jó minőségű oxid növeszthető Monolit technika - Oxidáció

22 Monolit technika - Oxidáció
Oxidréteg növekedése atmoszferikus vízgőzben (elforralt víz) Vastagabb oxid nő (100 perc alatt 1000°-on kb. 6-szor) Nem mindig jó, hogy gyorsan nő az oxid H2O molekula maradhat Monolit technika - Oxidáció

23 Oxid határfelület

24 Monolit technika - Oxidáció
Oxid határfelület – milyen a kötés? SiO2 ideális kötések Si A Si-hoz csatlakozó oxigén tetraédereknek ideális esetben egymás mellett kéne lenniük, de mivel nem férnek el, ezért hiányok, ill. hosszabb kötések is megjelennek. Monolit technika - Oxidáció

25 Monolit technika - Oxidáció
Oxid határfelület – milyen a kötés? ideálistól eltérő kötések kb. minden dik A Si-hoz csatlakozó oxigén tetraédereknek ideális esetben egymás mellett kéne lenniük, de mivel nem férnek el, ezért hiányok, ill. hosszabb kötések is megjelennek. Monolit technika - Oxidáció

26 Monolit technika - Oxidáció
Oxid határfelület – milyen a kötés? ideálistól eltérő kötések kb. minden dik A Si-hoz csatlakozó oxigén tetraédereknek ideális esetben egymás mellett kéne lenniük, de mivel nem férnek el, ezért hiányok, ill. hosszabb kötések is megjelennek. Monolit technika - Oxidáció

27 Monolit technika - Oxidáció
Oxid határfelület – milyen a kötés? dangling bond ideálistól eltérő kötések kb. minden dik A Si-hoz csatlakozó oxigén tetraédereknek ideális esetben egymás mellett kéne lenniük, de mivel nem férnek el, ezért hiányok, ill. hosszabb kötések is megjelennek. Monolit technika - Oxidáció

28 Monolit technika - Oxidáció
oxide trap interface trap mobil töltés (Na és K ionok miatt) bonyolultabb határszerkezet beépült H csökkenti a ‘dangling bond’-ok számát, csökkenti a felületi állapotokat Monolit technika - Oxidáció

29 MOS rendszer C-V módszerrel mérhető jellemzői

30 CV görbénél határfelületi fix oxidtöltés
a határfelületi töltések száma változik: gyors felületi állapotsűrűség density of interface states Felületi potenciálgát megváltozása: megváltoztatja csapdák a betöltöttségét. kapcsolatban vannak egymással kirstály-orientáció függő ([100] irányban a legkisebb a Dit)

31 Monolit technika - Oxidáció
max fix töltés Monolit technika - Oxidáció

32 Monolit technika - Oxidáció
„Jó” a szilíciumban: Sok van belőle (3. leggyakoribb elem a Földön) Könnyen jó egykristály húzható belőle Si-SiO2 határfelület között kb. 2 atomsík a váltás Minden kötés hibás, de még így is a Si-SiO2 az egyik legtökéletesebb határfelület; makroszkópikusan tökéletes, atomosan sima Si, Au 1000°C felett olvad, de eutektikumuk 380°C-on jól forrasztható Monolit technika - Oxidáció

33 Monolit technika - Oxidáció
Deal (oxidációs) háromszög Fix töltések száma alacsony hőmérsékletű, száraz oxidációnál igen nagy, mert nem tudnak rendeződni a határfelületi kötések Jó oxid: - magas hőmérséklet, O2 atmoszféra - alacsony hőmérséklet, redukáló atmoszféra, sokáig hökezelés Monolit technika - Oxidáció

34 Monolit technika - Oxidáció
Deal (oxidációs) háromszög gyors oxidáció (ks nagy, minden kötés rendeződik) hökezelés lassú oxidáció (ks kicsi, telítetlen töltések maradnak), majd hőkezelés (N2 vagy Ar) alacsonyabb felületi állapotsűrűség ( ) Monolit technika - Oxidáció

35 Monolit technika - Oxidáció

36 Monolit technika - Oxidáció
Oxidnövekedés különböző orientációjú Si-oknál 800 °C-on, az oxidáció kezdeti szakaszában [110] [111] [100] Monolit technika - Oxidáció

37 Monolit technika - Oxidáció
Oxidnövekedés különböző orientációjú Si-oknál 800 °C-on, a teljes oxidáció alatt [111] [110] [100] Monolit technika - Oxidáció

38 asztalra kitéve x0 vastag oxid nő rá (idő függvényében)
nem túl jó minőségű Monolit technika - Oxidáció

39 XPS Mennyire SiO2 a SiO2? (sztöchiometria)
Vékony réteg nem 100%-ban SiO2 Monolit technika - Oxidáció

40 Monolit technika - Oxidáció
Oxidvastagságok: 0 – ultra thin – 15nm – very thin – 50nm – thin – 200nm – thick linear SiO2 linear parabolic SiO2 parabolic SiO2 Monolit technika - Oxidáció

41 Monolit technika - Oxidáció
ultra thin oxide Monolit technika - Oxidáció

42 Monolit technika - Oxidáció
TEM Monolit technika - Oxidáció

43 Szilícium-dioxid réteg kialakítása egyéb módszerekkel:
Plazma oxidáció: pozitív potenciálra kötjük a szeletet, így a negatív ionok rákötődnek  a Si felülete oxidálódik Anódos oxidáció Rapid Thermal Processing: hőkezelésre is jó, szeletenkénti behelyezés CVD Sol-gél leválasztás: szerves Si vegyület felcentrifugálása az Si felületére

44 A SiO2 kitüntetett szerepe
Maszkol: kicsi az adalék diffúzió benne jól tapad hőellenálló jól (szelektíven) ellenáll a marással szemben Gate elektróda alatt jól szigetel