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Center of MicroNanoTechnology CMi

Four CENTROTHERM
Tube 2-4 : Diffusion de dopants & Oxydation thermique humide

Table des matières

  1. Introduction
  2. Principe Physique
  3. Capacité de l’équipement
  4. Restriction d'accès
  5. Caractéristiques techniques
  6. Informations

Tube Diffusion
Tube de diffusion et d'oxydation thermique humide

I. Introduction Haut CMI

Le tube 2-4 est un tube atmosphérique dédié d'une part à la diffusion de dopants après implantation et d'autre part à l'oxydation humide de substrats en silicium, de couches de silicium amorphe ou de couches de polysilicium dopées ou non dopées.

La vitesse d'oxydation est beaucoup plus grande par voie humide que par voie sèche. Par contre, la densité de charges fixes est plus importante dans un oxyde humide que dans un oxyde sec, ce qui rend l'oxyde humide inadéquat comme oxyde de grille des transistors MOS (Metal Oxide Semiconductor).

Le tube et les nacelles sont en carbure de silicium (SiC), ce qui permet d'atteindre la température de 1250°C pour le tube 2-4 au lieu de 1050°C pour le tube 2-2. La vitesse d'oxydation  plus élevée permet d'obtenir des couches d'oxyde épaisses (de 2µm à 5µm) utilisées comme masque ou couche d'arrêt pour la gravure profonde du silicium.

II. Principe Physique Haut CMI

Diffusion :

L'implantation de dopants dans un semi-conducteur endommage le réseau d'atomes. Chaque ion implanté entraîne le déplacement de nombreux atomes. Les atomes dopant ne participent pas encore à la structure électronique du réseau de silicium et se comportent comme des pièges pour les porteurs, ce qui rend élevée la résistivité du silicium.

L'étape de traitement thermique, appelée diffusion, est nécessaire pour réparer le réseau cristallin et déplacer les atomes dopants vers des sites où ils deviennent actifs. Le silicium possède alors les propriétés d'un semi-conducteur dopé.

Oxydation thermique humide :

La croissance de l'oxyde de silicium à la surface du silicium mono-cristallin ou polysilicium est obtenue à haute température (typiquement entre 900°C et 1250°C) sous flux de vapeur d'eau. L'oxydation est dite humide (wet oxidation).

2-4_f1

En se basant sur les densités et masses moléculaires du Si et du SiO2 , il est possible de montrer que pour une croissance d'oxyde d'épaisseur d, une couche de silicium d'épaisseur 0,44d a été consommée.

La vitesse de croissance de l'oxyde est fonction de la température, du flux d'oxygène, de l'orientation cristalline et du dopage du silicium. De plus, la vitesse de croissance de l'oxyde n'est pas constante au cours du temps. De manière générale, il est possible de modéliser l'épaisseur de l'oxyde d, en fonction du temps t:

2-4_f2

avec A et B, deux constantes dépendant du substrat et des conditions d'oxydation, et t une constante représentant un décalage temporel permettant de prendre en compte l'épaisseur de l'oxyde natif.

Pour des épaisseurs d'oxyde de plus de 200 Å, t peut être considéré comme étant nul si les plaques de silicium ne sont recouvertes que d'un oxyde natif inférieur à 20 Å. Dans ce cas la connaissance de deux couples de valeurs ( d , t ) permet de déterminer les constantes A et B.

III. Capacité de l’équipement Haut CMI

IV. Restrictions d'accès Haut CMI

V. Caractéristiques techniques Haut CMI

Température.

Gaz de procédé.

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Schéma de principe du tube d'oxydation thermique humide

VI. Informations Haut CMI

Bibliographie :