Механизм роста и кинетика окисления

Для малых времен окисления толщина окисла определяется постоянной скорости поверхностной реакции K и прямо пропорциональна времени окисления. Для больших времен окисления скорость роста зависит от постоянной диффузии D, а толщина окисла пропорциональна корню квадратному из времени процесса.

На скорость окисления влияют также ориентация подложки, присутствие паров воды, наличие натрия, хлора и концентрация легирующей примеси в кремнии. На рис. приведена зависимость толщины пленки SiO₂ от времени окисления во влажном кислороде при парциальном давлении паров воды 85·10³ Па.

Для широкого класса полупроводников и металлов кинетика процесса активного окисления характеризуется в равновесии линейным законом, то в случае пассивного окисления физическая картина процесса усложняется процессом переноса реагента к реакционной поверхности раздела сквозь растущую пленку. При этом кинетика окисления может быть аппроксимирована следующими законами:

• линейным Х(т) = К₁·т; (1)
• параболическим Х₂(т) = К₂·т; (2)
• кубическим Х₃(т) = К₃·т; (3)
• логарифмическим Х(т) = К₄·lg(В·т+ 1); (5)
• обратно логарифмическим K₅/X(т) = А - lg(т) (6)

Существование каждого из этих законов определяется условиями проведения процесса окисления и свойствами исходного материала. Константы К₁- К₅ зависят от температуры, давления реагента и природы окисляемого материала.

Зависимость экспериментально наблюдаемых кинетических закономерностей от температуры процесса приведена в следующей таблице: