半导体制造工艺教案4

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1、课题序号4授课班级075电子1、2授课课时8授课形式讲授授课章节名称主题4、氧化使用教具多媒体教学目的1了解一氧化硅膜的性质2掌握一氧化硅膜的用途3了解热氧化原理4掌握氧化设备5掌握氧化膜的质量控制教学重点二氧化硅膜的用途、氧化膜的质量控制教学难点热氧化原理更新、补充、删节内容无课外作业4-1——4-6教学后记授课主要内容或板书设计4.1引言4.2二氧化硅膜的性质4.3二氧化硅膜的用途4.4热氧化原理4.5氧化设备46氧化膜的质量控制课堂教学安排教学过程主要教学内容及步骤4.1引言二氧化硅(SiO2)是一种绝缘介质。它在半导体器件中起着十分重要的作用。硅暴露在空气中，即使在室温条件下，

2、其表血也能生长一层4nm左右的氧化膜。这一层氧化膜结构致密，能防止硅表而继续被氧化，且具有极稳定的化学性质和绝缘性质。正因为二氧化硅膜的这些特性，才引起人们的广泛关注，并在半导体工艺中得到越来越广泛的应用。4.2二氧化硅膜的性质1.二氧化硅的物理性质(1)密度密度是表示二氧化硅致密程度的标志。图4-1二氧化硅结构平面图图4-2硅-氧卩q血体结构示意图氛化方法密度

3、z>水汽2.00〜2・201.152-1.16210八〜l(r3・2(IOklh)6・8〜9轉分淀枳2.09—2.151.43-*1.4510*〜10’外延淀枳2.31.467.477X

4、OH-*-8XIO113.5KIMIIz)5^*6农4-1二氧化硅膜主要物理性质(2)折射率折射率是表示二氧化硅光学特性的参数。(3)电阻率电阻率是表示二氧化硅电学性能的重要参数。(4)相对介电常数相对介电常数是表示二氧化硅膜电容性能的一个重要参数。(1)介电强度介电强度是衡量材料耐压能力大小的，单位为V/cnu1.二氧化硅的化学性质1)随着氢氟酸浓度的増加，二氧化硅的腐蚀速率也増加，其关系曲线如图4

5、-3所示。2)随着腐蚀反应温度的增加，腐蚀速率也加快，其曲线关系如图4・4所示。tomto•w><>图4・3二氧化硅的腐蚀速率与氢氟酸浓度的关系图44二氧化硅腐蚀速率与温度的关系4.3二氧化硅膜的用途1.二氧化硅膜的掩蔽作用1)二氧化硅层要有足够的厚度，以确保杂质在其内部扩散时能达到理想的掩蔽效果。2)所选杂质在二氧化硅中的扩散系数要比在硅中的扩散系数小得多。2.二氧化硅膜的保护和钝化作用3.二氧化硅的隔离作用4.二氧化硅在某些器件中的重要作用(DMOS器件中的栅极材料在MOS管中，常常以二氧化硅膜作为栅极,这是因为二氧化硅层的电阻率高，介电强度大，几乎不存在漏电流。(2)电容器的介质

6、材料集成电路中的电容器大都是用二氧化硅来做的，因为二氧化硅的相对介电常数为3〜4,击穿电压钱高，电容温度系数小，这些优越的性能决定了二氧化硅是一种优质的电容器介质材料。5.川于电极引线和硅器件之间的绝缘4.4热氧化原理4.4.1常用热氧化方法1.T氧氧化10102X106X1C4X108X.O,022X，(5x1(P6X时间/min22101010102XI—8XI6XI4X12XI—8X6X4X2X2X(P图4-5硅干氧氧化层厚度与氧化时间的关系2.水汽氧化解决措施：经过吹干氧(或T氮)热处理，硅烷醇可分解为硅氧烷结构，并排除水3.湿氧氧化4.掺氯氧化(1)掺氯氧化作用掺氯氧化的主要

7、作用是减少钠离子的沾污，抑制氧化堆垛层错，提高少子寿命，即提高器件的性能和对靠性。1)可吸收、提取硅中的有害杂质。2)掺氯不仅可以减少钠离子的沾污，并且集中分布在SiO2-Si界面附近的氯还能使迁移到这里来的钠离子的正电荷效应减弱并被掐住不动，从而使其丧失电活性和不稳定性。(2)掺氯氧化的氯源选择掺氯试剂往往用氯化氢(HC1)、三氯乙烯(C2HC⑶、四氯化碳(CC14)及氯化彼(NH4C1)等。5.氢氧合成氧化4.4.2影响氧化速率的因素1.氧化层厚度与氧化时间的关系1)由上述各种热氧化膜制备过程可知，硅的热氧化过程是氧化剂通过氧化层向SiO2-Si界而运动，再与界而的硅发生反应，而不

8、是硅穿透氧化层向外运动的。①氧化剂(02和H2O)从气相内部输运到气体■氧化层界面(乂称膜层表血)；②氧化剂扩散穿透已牛成的二氧化硅起始层，抵达SiO2-Si界血；③在界面处与硅发生氧化反应；①生成的副产物扩散出氧化层，并随主气流转移。2）通过求解相关方程式，可以得到氧化层厚度与氧化时间的关系主要有以下两种典型情况：①氧化层厚度与氧化吋间成正比，氧化层的生长速率主要取决于在硅表面上的氧化反应的快慢，称为表面反应控制，此时的氧化速率主要取决丁化学