半导体制造工艺_03硅的氧化.ppt

《半导体制造工艺_03硅的氧化.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第三章硅的氧化绪论SiO2的结构和性质SiO2的掩蔽作用硅的热氧化生长动力学决定氧化速度常数和影响氧化速率的各种因素热氧化过程中的杂质再分布初始氧化阶段以及薄氧化层的生长Si-SiO2界面特性下一页二氧化硅是上帝赐给IC的材料。Introduction硅易氧化几个原子层厚，1nm左右氧化膜化学性质稳定，绝缘性好SiO2的存在形态晶体：石英、水晶等石英砂，主要成分为SiO2，为制备硅原料的核心材料非晶体：玻璃等（热氧化方法制备的SiO2）在MOS电路中作为MOS器件的绝缘栅介质，作为器件的组成部分作为集成电路的隔离介质材料作为电容器的绝缘介质

2、材料作为多层金属互连层之间的介质材料作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料扩散时的掩蔽层，离子注入的(有时与光刻胶、Si3N4层一起使用)阻挡层SiO2的作用SiO2的制备+光刻+扩散硅平面工艺返回2.1.1SiO2的结构无论是结晶形还是无定形SiO2，都是以Si为中心，Si-O原子组成的正四面体，其中O－Si－O键桥的键角为109.5º，是固定的。2.1SiO2的结构及性质结晶形SiO2的结构结晶形SiO2是由Si-O四面体在空间规则排列所构成。每个顶角上的氧原子都与相邻的两个Si-O四面体中心的硅形成共价键，氧原子的化合价也被满足。无定形

3、SiO2的结构AmorphousSiO2中Si-O-Si键角为110º~180º桥键氧：与两个相邻的Si-O四面体中心的硅原子形成共价键的氧非桥键氧：只与一个Si-O四面体中心的硅原子形成共价键的氧非桥键氧越多，无定型的程度越大，无序程度越大，密度越小，折射率越小………无定形SiO2的强度：桥键氧数目与非桥键氧数目之比的函数结晶态和无定形态区分——非桥联氧是否存在SiO2结构在制备工艺中的应用硅要运动，打破四个O—Si键氧要运动，打破两个O—Si键，对非桥键氧，只需打破一个O—Si键故氧的运动同硅相比更容易，氧的扩散系数比硅的大几个数量级氧

4、化时，是氧或水汽等氧化剂穿过SiO2层，到达Si-SiO2界面，与硅反应，而非硅向外表面运动，在表面与氧化剂反应生成SiO2。2.1.2SiO2的主要性质（1）密度：表征致密程度结晶形：2.65g/cm3非结晶形：2.15~2.25g/cm3折射率：表征光学性质密度较大的SiO2具有较大的折射率波长为5500A左右时，SiO2的折射率约为1.46电阻率：与制备方法及所含杂质数量等因素有关，高温干氧氧化制备的电阻率达1016Ω·cm介电强度：单位厚度的绝缘材料所能承受的击穿电压大小与致密程度、均匀性、杂质含量有关一般为106~107V/cm（

5、10－1~1V/nm）介电常数:表征电容性能SiO2的相对介电常数为3.9SiO2的主要性质（2）腐蚀：化学性质非常稳定，只与氢氟酸发生反应还可与强碱缓慢反应薄膜应力为压应力SiO2的主要性质（3）返回2.2SiO2的掩蔽作用2.2.1杂质在SiO2中的存在形式杂质在SiO2中的存在形式网络形成者：可以替代SiO2网络中硅的杂质，即能代替Si－O四面体中心的硅、并能与氧形成网络的杂质特点是离子半径与Si原子相近或者更小三价网络形成者(如B)增加非桥键氧数目，降低SiO2强度五价网络形成者(如P)减少非桥键氧数目，增加SiO2强度杂质在SiO

6、2中的存在形式网络改变者：存在于SiO2网络间隙中的杂质特点：离子半径大，多以氧化物形式进入SiO2后离化，增加非桥键氧浓度，降低SiO2强度，易运动，破坏电路的稳定性和可靠性。Na、K、Pb、Ba水汽的行为类似于网络改变者2.2.2杂质在SiO2中的扩散系数（1）∆E为杂质在SiO2中的扩散激活能，Do为表观扩散系数选择扩散（在集成电路中的重要应用）在相同的条件下，一些杂质在SiO2中的扩散速度远小于在硅中的扩散速度，即SiO2对某些杂质起掩蔽作用。掩蔽是相对的，杂质在SiO2的扩散系数：杂质在SiO2中的扩散系数（2）杂质在SiO2中的

7、扩散系数B、P、As等常用杂质的扩散系数小，SiO2对这类杂质可以起掩蔽作用Ga、某些碱金属（Na）的扩散系数大，SiO2对这类杂质就起不到掩蔽作用Na离子在SiO2中的扩散系数和迁移率都非常大Na离子来源非常丰富Na离子玷污是造成双极器件和MOS器件性能不稳定的重要原因之一2.2.3掩蔽层厚度的确定（1）有效掩蔽条件杂质的SiO2有一定厚度掺杂杂质B、P、As等常用杂质在SiO2中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数B、P、As的杂质源制备容易、纯度高，操作方便掩蔽层厚度的确定（2）掩蔽层厚度的确定杂质在SiO2表面的浓度为在Si-SiO2界

8、面浓度的1000倍时的SiO2的厚度为最小厚度对恒定源(余误差），浓度为C(x)所对应的深度表达式为：对有限源（高斯分布），A随时间变化其中：得到：图2.5各种温度下能掩蔽磷和硼