硅集成电路-热氧化技术

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1、第三章：热氧化技术3.1.二氧化硅及其在器件中的应用3.1.1.SiO2的结构和基本性质1）结构:结晶形二氧化硅（石英晶体）（2.65g/cm3）无定形（非晶）二氧化硅（石英玻璃）（2.20g/cm3）C：不含杂的石英玻璃含杂的石英玻璃OOOOO--Si--O--Si--O--Si--O--Si--OOOOOSiO--Si--OOOOHH2O疏水性表面亲水性表面硅有四个共价键，氧有两个；氧易运动；非桥联的原子将由其悬挂键引入电荷态；单价的氢原子与非桥联的氧形成羟基而减少悬挂键的数目，引入氢钝化的概念；但羟基的键能较低容易断裂；桥联氧的数目与非桥联氧的数目之比直接影响SiO2的疏松程度，进而影响

2、许多物理性质；杂质在SiO2中可以是网络的形成剂（Net-workFormer）如：B、P、Al等；也可以是网络的改变剂（Net-workModifer）如：Na、K、Ca、Al等；2）化学性质：SiO2+4HFSiF4+2H2OSiF4+2HFH2(SiF6)即：SiO2+6HFH2(SiF6)+2H2O六氟硅酸溶于水腐蚀速度与SiO2膜的质量有关3）物理性质：密度：密度与氧化方式有关折射率：与密度有关<1.46(5500Å)电阻率：与密度及含杂量有关，<1016cm介电常数：与密度有关,<3.9介电强度：与密度、含杂量及缺陷有关,106~107V/cmTDDB实验*!杂质扩散系数:

3、(热扩散章节）杂质分凝系数：3.2.SiO2膜在器件中的基本作用1)SiO2膜对杂质的掩蔽作用利用杂质在SiO2膜中的扩散系数较小，和SiO2膜的热稳定性，实现定域掺杂。掩蔽过程中的分凝效应OxideLayerDopantBarrierFigure10.52）对器件的表面的保护和钝化作用利用SiO2膜的绝缘作用，将pn结与外界隔离，提高稳定性和可靠性；利用对SiO2膜中固定电荷的控制，改变器件表面的电场分布。3）对器件的电绝缘和隔离作用利用SiO2膜的绝缘作用，实现引线与元器件间的绝缘，实现集成电路元器件间的隔离。FieldOxideLayerFigure10.34）用作电容器的介质材料SiO

4、2膜的介电常数在10kHz下工作时为3~4，损耗因数为10-1~10-3，击穿电压高，温度系数小。5）MOSFET的绝缘栅介质6）光电和发光器件的减反膜GateOxideDielectricOxideApplications:FieldOxidePurpose:Servesasanisolationbarrierbetweenindividualtransistorstoisolatethemfromeachother.Comments:Commonfieldoxidethicknessrangefrom2,500Åto15,000Å.Wetoxidationisthepreferredmet

5、hod.FieldoxideTransistorsitep+SiliconsubstrateOxideApplications:GateOxidePurpose:Servesasadielectricbetweenthegateandsource-drainpartsofMOStransistor.Comments:Growthrateatroomtemperatureis15Åperhouruptoabout40Å.Commongateoxidefilmthicknessrangefromabout30Åto500Å.Dryoxidationisthepreferredmethod.Gate

6、oxideTransistorsitep+SiliconsubstrateSourceDrainGateOxideApplications:BarrierOxidePurpose:Protectactivedevicesandsiliconfromfollow-onprocessing.Comments:ThermallygrowntoseveralhundredAngstromsthickness.BarrieroxideDiffusedresistorsMetalp+SiliconsubstrateOxideApplications:DopantBarrierPurpose:Masking

7、materialwhenimplantingdopantintowafer.Example:Spaceroxideusedduringtheimplantofdopantintothesourceanddrainregions.Comments:Dopantsdiffuseintounmaskedareasofsiliconbyselectivediffusion.Dopantbarrierspa