第二章：氧化要点分析.pptVIP

4. 注入阻挡层： 作为注入或扩散掺杂杂质到硅中的掩蔽材料 用热生长法形成 5. 垫氧层 用于减小氮化硅与硅之间的应力 用热生长法形成 6. 注入缓冲层： 用于减小注入损伤及减小沟道效应 用热生长法形成 7. 层间介质： 用作金属连线间的绝缘层 用CVD方法形成 氧化层应用的典型厚度 2.4 氧化设备 卧式高温炉 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 2.5 快速热处理 快速热处理（RTP）是在非常短的时间内（经常是几分之一秒）将单个硅片加热至400 ℃ ～1300℃温度范围的过程。 RTP的优点： 1. 减少热预算 2. 硅中杂质运动最小 3. 冷壁加热减少沾污 4. 腔体小气氛洁净 5. 更短的加工时间 RTP的应用 1. 注入退火以减小注入损伤和杂质电激活 2. 沉积氧化膜增密 3. 硼磷硅玻璃（BPSG）回流 4. 阻挡层退火（如TiN） 5. 硅化物形成（如TiSi2） 6. 接触合金 常规炉与快速热退火炉的升温曲线对比 RTP系统 本 章 作业 1. 简要描述硅热氧化 （即回答硅热氧化的概念） 2、影响二氧化硅生长的因素有哪些？ 3. 列出热生长氧化层在IC制造中的6种用途 * 第二章 氧 化 硅热氧化 2.1 引 言 ■ 氧化是一种自然现象 铁、铜、银等金属的自然氧化 硅、硫、磷等非金属的自然氧化 Si的自然氧化层很薄在40埃左右 氧化是硅基集成电路的基础工艺之一 氧化的目的： 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。 2.2 氧化原理 硅热氧化的概念： 硅热氧化是氧分子或水分子在高温下与硅发生化 学反应，并在硅片表面生长氧化硅的过程。 热氧化分为干氧、湿氧、水汽氧化，其化学反应式： ■ 干氧氧化：Si＋O2 →SiO2 ■ 湿氧氧化：Si ＋ H2O ＋O2 → SiO2+H2 ■ 水汽氧化：Si ＋ H2O → SiO2 ＋ H2 ■ 硅的氧化温度：750 ℃ ～1100℃ 氧化系统 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，其流密度为F1 。 2、氧化剂扩散穿过SiO2 层达到SiO2-Si界面，流密度为F2 。 3、氧化剂在Si 表面与Si 反应生成SiO2 ，流密度为F3 。 4、反应的副产物离开界面。 氧化物生长速率 氧化层生长第一阶段（≤150? ）线性： 氧化层生长第二阶段（ ＞ 150?） 抛物线生长阶段： 其中X为氧化层厚度 B/A为线性速率系数、B为抛物线速率系数 t为生长时间 B/A和B与温度、氧化剂浓度，反应室压力等因素有关。 氧化物生长曲线 影响二氧化硅生长的因素 氧化温度： 氧化时间： 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 反应室的压力：压力越高氧化速率越快 氧化方式：湿氧氧化比干氧氧化速度快 常规氧化工艺 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） 质量检查（厚度及其均匀性、表面缺陷、固定和可动电荷的检测） SiO2厚度大约600nm左右 常规氧化程序曲线 常规氧化工艺 湿氧氧化 水汽产生装置 氢氧合成氧化工艺 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！ 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的质量。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/cm2 2. 固定