Взаимодействие кислорода с поверхностью кремния Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

А.С. Сафаров, Б.А. Абдуллаев, Д.М. Шукурова

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОРОДА С ПОВЕРХНОСТЬЮ КРЕМНИЯ

Ташкентский государственный технический университет им. А.Р. Беруни, ул. Университетская, 2, г. Ташкент, 700095, Узбекистан

При изучении процесса окисления кремния возник интерес к адсорбционным-десорбционным явлениям на поверхности кремния. Как известно, если частицы на поверхности имеют энергию связи более 0,5 эВ, то их принято относить к химически адсорбированным, при меньших энергиях связи адсорбция считается физической.

Установлено, что на начальном этапе окисления вместо увеличения привеса наблюдается его уменьшение. Этот эффект связан с тем, что происходит активация десорбции частиц с поверхности кристалла.

Из анализа экспериментальных данных видно, что на начальном этапе окисления кремния в процессе участвуют как минимум три вида точечных дефектов. Их релаксацию можно представить в виде

dnt

-Т = “а1 ■ ni ■ nt. (1)

dt

Интегрирование (1) дает экспоненту с постоянной времени т1:

Т1

1

а1 ■ n

(2)

которая и определяет начальную стадию процесса релаксации. Здесь ii - средняя по состояниям зоны проводимости вероятность захвата электрона, n1 - концентрация электронов в зоне проводимости в том случае, когда положение уровня Ферми на поверхности совпадает с положением уровня центра захвата st. Тогда n1 можно выразить соотношением:

n1= Nc ■ e

kT

(3)

где Nc - эффективная плотность состояний в зоне проводимости, равная:

(2 ■ п ■ m ■ k ■ T)1,5

4п3 ■ h3

(4)

Здесь m - эффективная масса « 10-27 г; h = 2rch - постоянная Планка.

Эффективные концентрации плотности состояний в зонах при комнатной температуре для n-типа кремния равны:

Nc = 2,5-10

19

/Т * \

m

e

v m j

см3 = 2,5 ■m19 А!1,5

2,89 ■Ш19 см_3,

а для р-типа кремния

N = 2,5 ■m

19

С * у,5 mL

V m У

см 3 = 2,5 ■Ш19 ■ 0,571,5

где

*

me 1 1 mp

= 1,1 и

m m

= 0,57.

1,08 ■1019 см3,

Можно считать, что is - сечение захвата не зависит от температуры, тогда начальный момент концентрации поверхностных центров и временную релаксационную зависимость можно определить из уравнения

© Сафаров А.С., Абдуллаев Б.А., Шукурова Д.М., Электронная обработка материалов, 2004, № 1, С.92-93.

92

dn

—7 = -а1 ■ n ■ N,. dt

Изменения концентрации избыточных точечных дефектов запишем в виде

dn

dt

7 = -а1 ■ n1 ■ D0 ■ e

kT

(5)

(6)

где, е, - энергия активации релаксационного процесса. С учетом величин An,, получаемых из экспериментальных кинетических данных, концентрацию центра захвата вычислим из уравнения

a dn,

An, = -Т- Ti = N, (7)

dt

которое является общей формулой для отражения релаксационного процесса для точечных дефектов анионного типа (адсорбированных частиц):

dnt ............

(8)

dt

£б

—- n

■-Щ-о,-D0 ■e kT = -t-

T

Б

здесь еБ - энергия активации адсорбированных частиц; D0 - предэкспоненциальный множитель коэффициента диффузии адсорбированных частиц; а0 - коэффициент, связанный с толщиной слоя, в котором существуют объемный заряд и электрическое поле, искривляющее энергетические зоны характеризуемые Дебаевской длиной:

Ld =

ее 0 ■ k ■Т

e ■ n

(9)

где е - диэлектрическая проницаемость полупроводника; е0 = 8,8640 Ф/м - диэлектрическая постоянная; е - заряд электрона; n - концентрация примесей в полупроводнике.

С учетом уравнения (9)

2

а0 =-

п

т2

1^г

Из уравнения (8) получаем соотношение

1

ТБ

п

L

2 ^ ДОБ ■ e

еБ

kT

иБ D

Предэкспоненциальный множитель представим как

_

= т2 ■ ДОБ = а0 ■ ДОБ .

ТОБ LD

Подставляя (12) в уравнение (2), получаем соотношение:

I -_£Б I еБ

— = а ■ D ■ e kT =-----e kT

u0 ^ОБ e e

ТБ ТОБ

Из уравнения (13) следует выражение для коэффициента диффузии частиц:

еБ

ДБ = ДОБ ■ e

kT

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

По тангенсу угла наклона определим энергию активации десорбирующихся частиц (еБ).

Таким образом, приведенные выше данные показывают реальную картину, происходящую в процессе взаимодействия кислорода с поверхностью кремния.

ЛИТЕРАТУРА

1. Литовченко В.Г. //Журнал “Новое в жизни, науке, технике”, сер. “Физика поверхности и микроэлектроники”, М., 1990. С.1 - 63.

2. Арсламбеков А.В., Сафаров А.С. // Микроэлектроника. 1980. Т. 9. Вып.1. С. 54 - 60.

3. А.С. № 1702822. Способ получения тонких пленок оксида кремния. Сафаров А.С. / 1991. (ДСП).

Поступила 29.04.03

Summary

Interaction between oxygen and the surface of silicon is analyzed.

е

2

93