最新第4章：氧化素材课件PPT.ppt

《最新第4章：氧化素材课件PPT.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第4章：氧化素材第二章氧化硅热氧化2.1引言■氧化是一种自然现象银、铜、铁、铝等金属的自然氧化硅的自然氧化层很薄在4nm左右氧化工艺目的：在硅片上生长一层二氧化硅层以保护硅片表面、器件隔离、屏蔽掺杂、形成电介质层等。氧化是硅基集成电路的基础工艺之一。立式高温炉立式炉系统高温炉的组成1、工艺腔2、硅片传输系统3、气体分配系统4、温控系统5、尾气系统氧化过程氧化剂（氧分子或水分子）通过扩散到达Si与Si02界面同Si发生反应，其过程如下：1、氧化剂扩散穿过滞留层达到SiO2表面。2、氧化剂扩散穿过SiO2层达到SiO2-Si界面。3、氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO2。4、反应的副产物

2、离开界面。硅氧化硅滞留层反应气体流新的氧化硅生成氧化过程的两个阶段第一阶段：反应速度决定氧化速度氧分子、水分子充足，硅原子不足第二阶段：扩散速度决定氧化速度氧分子、水分子不足，硅原子充足氧化物生长速率计算公式（不常用）氧化物生长曲线（常用）影响二氧化硅生长的因素氧化温度氧化时间：氧化方式：湿氧氧化比干氧氧化速度快反应室的压力：压力越高氧化速率越快掺杂效应：重掺杂的硅要比轻掺杂的氧化速率快硅片晶向：<111>硅单晶的氧化速率比<100>稍快热生长SiO2–Si系统中的实际电荷情况热生长SiO2–Si系统在实际的SiO2–Si系统中，存在四种电荷：1.可动电荷：指Na＋、K＋离子，来源于工

3、艺中的化学试剂、器皿和各种沾污等。2.固定电荷：指位于SiO2–Si界面2nm以内的过剩硅离子，可采用掺氯氧化降低。3.界面态：指界面陷阱电荷(缺陷、悬挂键），可以采用氢气退火降低。4.陷阱电荷：由辐射产生。热生长SiO2–Si系统在氧化工艺中，通常在氧化系统中通入少量的HCl气体（浓度在3％以下）以改善SiO2–Si的界面特性。其优点：1、氯离子进入SiO2－Si界面与正电荷中和以减少界面处的电荷积累。2、氧化前通入氯气处理氧化系统以减少可动离子沾污掺氯氧化工艺不掺氯热氧化层1.可动电荷（主要是Na＋离子）密度：3×1012～1×1013/cm22.固定电荷密度：1×1012/cm2

4、掺氯热氧化层1.可动电荷（主要是Na＋离子）密度：2×1010～1×1011/cm22.固定电荷密度：（1～3）×1011/cm2不掺氯和掺氯氧化层电荷密度的对比传统湿氧氧化工艺湿氧氧化水汽产生装置氢氧合成湿氧氧化工艺氢氧合成产生水分子代替去离子水加热产生水分子氢氧合成的化学反应方程式：2H2＋O2=2H2O（氢氧合成温度≥750℃）氢氧合成工艺中，特别注意H2与O2的流量比！氧化消耗硅氧化前氧化后■氧化消耗硅的厚度是二氧化硅厚度的45％左右选择性氧化：常用于硅的局部场氧化LOCOS（LOCalOxidationofSilicon）氧化前氧化后三种热氧化层质量对比氧化水温氧化速率均匀性

5、重复性结构掩蔽性干氧氧化慢好致密好湿氧氧化95℃快较好适中基本满足水汽氧化102℃最快差疏松较差1.结构及质量：热生长的比沉积的结构致密，质量好。2.成膜温度：热生长的比沉积的温度高。可在400℃获得沉积氧化层，在第一层金属布线形成完进行，做为金属之间的层间介质和顶层钝化层。3.硅消耗：热生长的消耗硅，沉积的不消耗硅。热生长氧化层与沉积氧化层的区别常规氧化工艺流程硅片清洗（除去硅片上的各种沾污）进片/出片（进出850℃温区的速度：5cm/分，N2）升温/降温（升温20oC/min，降温10oC/min，N2）温度稳定/退火（N2）氧化（O2+HCl，O2+H2）质量检查（厚度及其均匀性

6、、表面缺陷、固定和可动电荷的检测）SiO2对杂质的掩蔽特性对硼、磷、砷等有很好的屏蔽性，是理想的扩散掩蔽层。某些碱金属离子，尤其是钠离子，即使在低温下也只需很短的时间就能扩散至整个SiO2层，故氧化硅要尽量避免钠一类离子的沾污。镓在氧化硅中的扩散系数很大，故对镓不起屏蔽作用。8/3/202126SiO2作掩蔽层的基本要求氧化硅层要起到扩散掩蔽作用的基本要求：杂质的；分凝系数：掺有杂质的硅在热氧化过程中，在硅和氧化硅界面上的平衡杂质浓度之比定义为分凝系数。氧化硅屏蔽层要有一定的厚度；对杂质在Si-SiO2界面的分凝系数也有一定要求。8/3/202127氧化生长速率的物理意义氧化生长

7、速率是用于描述氧化当氧化剂的量足够时，SiO2生长的快慢最终由氧化剂在SiO2中的扩散速度和它与Si的反应速度中较慢的一个所决定。硅片上氧化物生长模型是用Deal-Grove模型描述的。物在硅片上生长的快慢。8/3/202128氧化模型(D-GModel)的两种极限情况VeryshortTime:LongerTime:or2021/8/329硅的线性氧化(LinearRegimes)当氧化层足够薄时，可忽略D－G模型中的二次项，则：其中：B/A