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(简答题)

简述常规热氧化办法制备SiO2介质薄膜的动力学过程,并说明在什么情况下氧化过程由反应控制或扩散控制。

正确答案

迪尔-格罗夫氧化模型可以很好地预测氧化层厚度,热氧化过程主要分为以下三个过程:(1)氧化剂从气体内部以扩散形式穿过滞留层运动到气体-SiO2界面,其流密度用J1表示。(2)氧化剂以扩散方式穿过SiO2层,到达SiO2-Si界面,其流密度用J2表示。(3)氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO2,流密度用J3表示。
当氧化剂在SiO2中的扩散系数DSiO2很小时(D<2层运动到SiO2-Si界面处的数量极少,与Si立即发生反应生SiO2,在界面处没有氧化剂的堆积,浓度趋于零。因扩散速度太慢,而大量氧化剂堆积在SiO2的表面处,浓度趋向于同气相平衡时的浓度C。此时,SiO2的生长速率主要由氧化剂在SiO2中的扩散速度决定,称为扩散控制。如果扩散系数DSiO2很大,Ci=C0=HPg/(1+ks/h)。此时,进入SiO2中的氧化剂快速扩散到SiO2-Si界面处,在界面处氧化剂与Si反应生成SiO2的速率很慢,造成氧化剂在界面处堆积,趋向于SiO2表面处的浓度。此时,SiO2生长速率由Si表面的化学反应速率控制,称为反应控制。

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