2016-2(第二章)氧化探析.pptVIP

第二章 氧 化;典型的硅片处理流程模型;氧化主要章节内容： §2.1 引言 §2.2 氧化原理 §2.3 SiO2在集成电路中的用途 §2.4 SiO2－Si界面及掺氯氧化 §2.5 SiO2的质量检查 §2.6 氧化设备 §2.7 快速热处理; 氧化是一种自然现象 ;2.1 引言;SiO2的原子结构（晶体和非晶体）：;2.1 引言; SiO2的物理性质：;SiO2的化学性质： SiO2 的化学性质非常稳定，仅被 HF 酸腐蚀。 ; SiO2的热胀冷缩特性（与Si有类似的热膨胀系数）：; SiO2在半导体集成电路中的重要性： 能够在硅片上热生长氧化硅是硅基集成电路发展的基础。 氧化硅可用于器件隔离、选择性掺杂的掩蔽层、应力消除层、栅氧层等。 氧化硅的质量对器件或电路的性能有很大的影响。;氧化硅的形成方式： 热氧化生长或淀积，前者是高温下高纯氧气与硅衬底发生化学反应，后者是由外部提供氧气和硅源产生化学反应。;硅的热氧化：通过将硅片放在高温（通常 750 ℃ ～1100℃ ）的氧气或水汽气氛下，使其表面生长一层氧化层（SiO2）的过程 。 ;2.2 氧化原理;2.2 氧化原理;;硅;2.2 氧化原理;硅片上的氧化物生长模型是由迪尔和格罗夫发展的线性-抛物线性模型。;氧化物的生长可分为两个阶段：线性阶段和抛物线阶段 线性阶段（厚度小于150埃） tox=(B/A)×t 其中：tox为氧化层厚度 B/A为线性速率系数 t为生长时间 线性阶段为反应速率控制; 抛物线阶段（ 厚度150埃） tox =(Bt)1/2 其中：tox为氧化层厚度 B为抛物线速率系数 t为生长时间 ;水气在二氧化硅中的扩散速度和溶解度比氧气的大;氧化物生长曲线;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（掺杂改变了氧化剂的扩散速率） 硅片晶向：111硅单晶的氧化速率比100稍快（适用于线性阶段，而抛物线阶段氧化速率无差别） 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，掺氯氧化比不掺氯的氧化速率快;（100）硅干氧氧化速率曲线;2.2 氧化原理;2.2 氧化原理;高压氧化;SiO2-Si界面的杂质分凝（Dopant Segregation）现象： — 高温过程中，杂质在两种材料中重新分布 — 氧化硅吸引受主杂质（B）、排斥施主杂质（P、 As）（二氧化硅吸硼排磷）;硅片清洗（除去硅片上的各种沾污） 装片进炉（手动或自动以5cm/min的速度进入850℃的恒温区） 斜坡升温（以10 ℃ /min从850℃ 升到1100℃ ） 氧化（温度：1100℃恒温） 时间：t＝20min干O2＋60min湿O2＋20min干（O2＋HCl） ; 湿氧氧化 水汽产生 装置 ;斜坡降温（以5℃ /min从1100℃ 降到850℃ ） 出片（手动或自动以5cm/min的速度移出850℃的恒温区） 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）;水汽氧化：Si ＋ H2O → SiO2 ＋ H2 湿氧氧化：Si ＋ H2O ＋O2 → SiO2+H2;2.2 氧化原理;2.2 氧化原理;2.2 氧化原理; 氧化前;2.3 SiO2在集成电路中的用途;1. 栅氧化层：用做MOS晶体管栅和源漏衬底之间的电介质层 注：用热氧化生长方法形成;2. 场氧化层：用做单个晶体管之间的隔离阻挡层使它们彼此之间电气隔离。 (1) 浅槽隔离（STI：Shallow Trench Isolation） 注：用CVD淀积方法形成; 厚度2500-15000 ?;硅局域氧化（LOCOS：local oxidation of silicon) ;3. 保护层/钝化层：保护有源器件和硅表面免受后续工艺的影响;4. 掺杂阻挡层：作为注入或扩散掺杂杂质到硅中的掩蔽材料;5. 垫氧层：做氮化硅与硅之间的缓冲层以减小氮化硅与硅之间的应力;2.3 SiO2在集成电路中的用途;6. 注入屏蔽氧化层：用于减