VLSI-07第七讲 氧化(下)
氧化工艺培训
⑵、质量验收
清洗前验收：表面状态均匀，无腐蚀斑纹等
清洗后验收：产品表面无铝屑灰尘及油，产品表 面不能发黑，仍保持原色；产品表面水膜连续
⑶、目前存在问题：
清洗前缺少对产品的表面状态进行检验，或 明知不合格还在继续加工
每天早上超声波清洗机换水后，水温未达到规 定温度就在开始清洗，导致清洗不干净；如清 洗不净，将对后续的堵漏效果造成影响；
2、超声波清洗的温度为
℃，转速为
转/分;AK-8的浓度为
g/L;
3、有机浸渗线浸渗的真空度为
MPa，有机浸渗线固化罐的温度要求为
℃;
4、有机浸渗线不能用 色的PP网，需用 色的PP网；
5、氧化液的配槽浓度为：Aloxide36钝化剂 mL/L，Aloxide36促进剂 ml /L； 温度 制要求Aloxide36点数 点；点数每缺1点须在1200L槽液中 加 L Aloxide 36钝化剂和 如现在化验点数为13.8点，需将其调至15点，需在1200L槽液中加 L Aloxide 36钝化剂和 ；
⑺、甩胶：工件篮必须锁紧可靠；翻转甩干时间:15min；离心甩 干时间:12min
⑻、清洗：工件篮必须锁紧可靠；清洗时间:15min；每罐清洗后 须注入新水；
⑼、热水固化：罐内水温≥95℃；固化时间≥14min。
有机浸渗线的注意事项
1、首先注意人身安全； 2、注意避免产品的相互磕碰（如每层需放PP网等）； 3、保证真空干燥罐、真空浸渗罐的工作压力； 4、保证热水固化罐的温度（只有温度达到95℃以上才能
改善后
超声波清洗
烘干(烘道) 装筐 烘干(烘箱)
超声波清洗 装筐 高压喷淋 热水浸泡
抗氧化剂课件演示文稿
• 防止和减缓食品氧化，可以采取 避光、降温、干燥、排气、充氮、 密封等物理性措施
• 添加抗氧化剂则是一种既简单又 经济的方法。
第十四页，共129页。
第十五页，共129页。
第一节 概述
第十六页，共129页。
一 定义
食品抗氧化剂是添加于食品 后阻止或延迟食品氧化，提高 食品质量的稳定性和延长储存 期的一类食品添加剂。
1 .自由基清除剂 脂类自动氧化链式反应产生的自由基，通过脂
类或单质氧作用，或相互作用，进而又加剧了脂 类氧化链反应的传递速度，促进了脂类的氧化。
第三十八页，共129页。
自由基清除剂能借助键的均裂，释放出体积小、亲 和性很强的氢自由基，被链反应生成的自由基俘获 而生成分子态化合物，将高势能的极活泼的自由基 转变成较为稳定的分子，从而中断了链反应的传递 速度，阻止了脂类被进一步氧化。
酸等）
第二十七页，共129页。
• 自由基
• 机体氧化反应中产生的有害化合物，具有强氧 化性，可损害机体的组织和细胞，进而引起慢 性疾病及衰老效应。
第二十八页，共129页。
自由基（free radical）
• 化学上也称为“游离基”，是含有一个不成对电子的 原子团。
• 由于原子形成分子时，化学键中电子必须成对出现， 因此自由基就到处夺取其他物质的一个电子，使自己 形成稳定的物质。在化学中，这种现象称为“氧化”。
第二十四页，共129页。
二.分类
(一) 按来源分类
1. 天然抗 氧化剂
2.合成抗氧 化剂
第二十五页，共129页。
(二) 溶解性分类
①油溶性抗 氧化剂
BHA,BHT, PG
②水溶性抗
氧化剂 Vc
第二十六页，共129页。
T7 氧化
第7章氧化二氧化硅膜的性质及用途二氧化硅的结构热氧化机理（氧化的Deal—Grove模型、） 热氧化机理（干氧和湿氧的交替氧化技术氧化设备其它氧化方法7.1 二氧化硅层的用途表面钝化掺杂的阻挡层表面绝缘层器件的绝缘体（器件的组成部分）附：不同应用的氧化层厚度P106图7.6表面钝化二氧化硅是污染的阻挡层，保护器件的表面及内部。
它可以使硅片表面、p-n结与外界气氛隔离开来，从而减弱了环境气氛对硅片表面性质的影响。
隔离了电特性活跃的污染物和电子活性表面避免硅表面被镊子划伤以及蒸发，烧结以及封装中可能带来的杂质玷污，起了保护硅器件的作用。
掺杂的阻挡层一定厚度的二氧化硅，对不少化学元素（特别是硼、磷、砷、锑等元素）有明显的掩蔽作用，换句话说，就是硼、磷、砷、锑等元素在相同的温度、时间条件下，在二氧化硅中的移动速度远比它们在硅中的移动速度要小的多，所以二氧化硅作为掺杂的阻挡层，仅仅只是因为杂质在硅和二氧化硅中的扩散系数不同。
此外，二氧化硅的膨胀系数与硅接近。
表面绝缘体在这种用途中，氧化层必须足够厚，以免产生感应现象，称为场氧化物器件的组成部分MOS器件的栅介质材作为电学隔离的介质层多层布线的绝缘层电容器的介质层等等器件氧化物的厚度与用途60—100埃隧道栅极150—500埃栅极氧化、电容绝缘层200—500埃局部氧化(LOCOS氧化) 2000—5000埃掩膜氧化、表面钝化3000—10000埃场氧化SiO2的主要性质2.0-2.31.42-1.47可溶于水二氧化硅的结构二氧化硅的各种制作方法Variety of formation methods Thermal oxidationAnodization (electrochemical oxidation) Chemical Vapor Deposition (CVD) Many different CVD techniques：APCVD 常压CVDLPCVD 低压CVDPECVD 等离子体增强CVDRTPCVDHDCVD高密度等离子CVDSOG (Spin-on-glass)热氧化（Oxidation）对硅半导体而言，只要在高于或等于1050℃的炉管中，通入氧气或水汽，将在硅片的表面生成氧化层，当作电子组件电性绝缘或制程掩膜之用。
分析化学007
' Sn4 / Sn2
p
0.68 0.14 2 18.3
0.059
0.059
K ' 1018.3
四 计量点时反应进行的程度
反应前 反应后
2Fe3+ + Sn2+ = 2Fe2+ + Sn4+ 2x x 2x-2y x-y 2y y
反应后
cFe2
2
c 1 Sn4
cFe3
第7章 氧化还原滴定法
第1节 氧化还原平衡
一 概述 a Ox+ ne = bRed
氧化还原：得失电子, 电子转移
反应机理比较复杂，常伴有副反应
控制反应条件，保证反应定量进行， 满足滴定要求
氧化还原电对 aOx+ne=bRed
对称电对：氧化态和还原态的系数相同 a=b Fe3++e=Fe2+ Fe3+/Fe2+，MnO4-/Mn2+ 等
条件电势
Ox2 + n2e = Red2 对称电对
E2= E2 +
0.059 lg n2
cOx2 cRed2
平衡时： E1 = E2
p2Ox1+p1Red2=p2Red1+p1Ox2
E1+
0.059 lg cOx1
n1
cRed1
= E2 +
0.059 lg cOx2
n2
cRed2
cOpx12 cRpe2d1 lg cRpe1d2 cpO2x1
已知： Cu2++e= Cu+ E= 0. 159V
Cu+ + I- = CuI Ksp=[Cu+][I-]=1.110-12
72醇类的化学计量氧化剂氧化
反应在接近中性的条件下进行，双键、三键、酯、 酰胺、苷键等不受影响，广泛用于带有酸敏保护基 的糖类的氧化
副产物二环己基脲较难除去，用水溶性的碳二亚胺 替代DCC可克服这一问题
Pfitzner-Moffatt氧化机理 DMSO的活化
H
C N R
H
R N
R N C N
R
O S
CH3 CH3
H R N C N O S R CH3
Jones氧化的改进
Collins试剂氧化（Sarett and Collins, 1953~1968)
OH R1 R2 O CrO3-pyridine DCM R1 R2
1o or 2o alcohol
aldehyde or ketone
制备CrO3吡啶络合物CrO3(pyridine)2 (Collines试 剂）在二氯甲烷中氧化
1o or 2o alcohol
aldehyde or ketone
PCC：氯铬酸吡啶鎓盐（弱酸性）
PDC：重铬酸吡啶鎓盐（中性）
氧化铝负载PCC的制备
2.5 g (25 mmol) CrO3溶于5 mL 6 mol/L的盐酸中， 0℃，5 min内加入2.0 g (25 mmol)吡啶。 待析出桔黄色PCC结晶后升温至40℃使结晶溶解， 搅拌下加入20.8 g Al2O3，减压除水，100℃干燥 得负载氧化剂PCC/ Al2O3。
H
CH3
－CF3COOH
R2
H CH2 H 3C S O H R1 R
2
H 3C F3C
S O O
Swern氧化的机理（TFAA活化，续）
OH O H O
N3
CrO3/H2SO4/H2O acetone, r.t., 1.5 h, 94%
VLSI考试重点
2
Ch. 12 - Test Technology Trends In Nanometer Age
Fault Models
A given fault model has k types of faults
k = 2 for o most ost fault au t models ode s
– Combinational Controllability /observability Calculation Rules – Levelization Algorithm
Probability-based testability analysis
– Probability-based Controllability/observability calculation rules
第三讲
逻辑模拟
Truth Table Based Gate Evaluation Parallel Gate Evaluation Compiled Code Simulation Event-Driven Simulation
带时延的逻辑模拟：Transport delay，Inertial delay 故障模拟
Pseudo Random Testing Pseudo-Random
Weighted LFSR: Weighted Pattern Generator
Output Response Analysis
Ones count testing, Transition count testing Aliasing gp probability y Signature analysis: SISR
失效分析技术分享
分析技術分享張鑫2010/07样品制备主要步骤：1、打开封装2、去钝化层3、去除金属化层4、剖切面5、染色打开封装机械开封（磨，撬，加热等方法）主要针对金属封装的器件。
化学开封（磨，钻，发烟硝酸、发烟硫酸腐蚀法等）主要针对塑料封装的器件。
去除塑料封装机器(decapsulator)去钝化层技术1为什么要去除钝化层？2去除钝化层的方法：化学腐蚀（各向同性）等离子腐蚀PIE （各向同性）反应离子刻蚀RIE（各向异性）各向同性腐蚀和各向异性腐蚀金属介质去除金属化层技术用途：观察CMOS电路的氧化层针孔和Al－Si互溶引起的PN结穿钉现象，以及确定存储器的字线和位线对地短路或开路的失效定位配方：30％的硫酸或盐酸溶液，30～50℃，该配方不腐蚀氧化层和硅。
机械剖切面技术一般步骤：固定器件（石蜡、松香和环氧树脂Epoxy） 研磨（毛玻璃、粗砂纸）粗抛光（金相砂纸）细抛光（抛光垫加抛光膏）染色金相观察测量结深的抛光染色图片显微形貌像技术仪仪仪仪真真真真样样样样理理真理分分分最最最最大大景景光光光光镜无开开360nm1200小扫扫扫扫光光镜高真真开开、去钝钝钝5nm50万最光学显微镜和扫描电子显微镜的比较光学照片与SEM照片对比基于测量电压效应的失效定位技术扫描电子显微镜的电压衬度像工作原理：电子束在处于工作状态下的被测芯片表面扫描，仪器的二次电子探头接收到的电子数量与芯片表面的电位分布有关。
从而得到包含器件中电极的电势信息的SEM图象（IFA Image－based Failure Analysis）。
判定内容：芯片的金属化层开路或短路失效。
•1、某芯片的电压衬度像•2、应用电压衬度像做失效分析实例现象描述：4096位MOS存储器在电测试时发现，从一条字线可以存取的64个存储单元出现故障，现只能存储“0”信号。
初步推断：译码电路失效，译码器与字线之间开路，0V或12V的电源线短路。
电压衬度像分析：照片中发现一处异常暗线，说明其电压为12V，而有关的译码器没有异常，说明字线与12V电源之间存在短路。
氧化培训教材-修改版
良好的光反射性能
纯度在99.8%以上的铝 反射90%以上的放射 能源 使用在：照明反射板、 多面镜、屋顶材、天 线材料
ポリゴンミラー
出所 日本アルミニウム協会ＨＰ
良好的通电性、能对应高空架线
送電線
阻值比
2.7×10-4Ωcm(at20℃) Cu 1.72 ×10-4Ωcm(60%) Fe 10 ×10-4Ω cm(4倍)
低起泡性。
阳极氧化处理的模式图和反应式
＋極：Ａｌ→Ａｌ3＋＋３ｅ Ｈ２Ｏ→Ｏ２－＋２Ｈ＋ ２Ａｌ３＋＋３Ｏ２－→Ａｌ２Ｏ３ －極：２Ｈ＋＋２ｅ→Ｈ２
氧化皮膜完成前的模式图
出所 「アルマイトの話」（東京アルマイト工業協同組合）
硫酸氧化皮膜
无定形结晶体（Ａｌ２Ｏ３） ＜无色通明的酸化皮膜剥离＞
出所 アルマイトの話 東京アルマイト工業共同組合
２０００ Al-Cu合金系 ３０００ Al-Mn合金系 ４０００ Al-Si合金系
出所 2005年版アルミニウム陽極酸化処理の作業要領とポイント 中間法人軽金属製品協会試験研究センター
伸展用铝合金的种类
合金系 特 徴 用 途 主要合金 5005 5N01 5052 5056 5083 6061 6063 60N1 7075 7078 7N01 根据镁的含量有很多种类、 强度强、溶接性好、 耐腐蚀性、阳极氧化性好 热处理合金、强度强 挤出性加工好 耐腐蚀性、阳极氧化性好 热处理合金、最高的强度 用溶接强度改良型合金 建材、建造物 船舶、车辆 光学用机械 装饰材、罐用材 建材、建造物 窗格、家电 机器部材、音响部材 飞机、体育用品 溶接机造材、车辆用 材
出典：WIKIMEDIA COMMONS
電 車
出所 目で見るアルミ表面技術の最前線
氧化和还原化工安全技术课件
第13页，幻灯片共48页
二、气相催化氧化
连续化生产
优点：①反应速度快，生产能力大，工艺简单；②采用空气或氧气作氧 化剂，成本低，来源广；③无需溶剂，对设备无腐蚀。
缺点：①选择适宜的性能优良的催化剂比较困难；②反应温度高，要求原 料和氧化产物在反应条件下热稳定性好；③传热效率低，反应热不易及时 移出，需要强化传热。
C H O H
K M n O 4 N
C O
N
第28页，幻灯片共48页
1．高锰酸钾
（3）氧化芳烃侧链
C H 3
K M n O 4
C H 2 C H 2 C H 3
C O O H 不 管 侧 链 多 长 均 被 氧 化 成 -C O O H
C O O H
第29页，幻灯片共48页
应用实例：邻氯苯甲酸的合成
2．有机过氧酸
（1）烯烃环氧化
过氧酸的环氧化有高度立体选择性，在反应过程中原烯烃的 构型不变，即顺式加成（因过氧酸只能从双键平面任一侧进 行亲电进攻），与烯烃分子构型无关。
活性MnO2氧化不饱和醇成不饱和醛、酮，氧化时双键构型不受影响。
2 K M n O 4 + 3 M n S O 4 + 2 H 2 O 5 M n O 2 ↓ + K 2 S O 4 + 2 H 2 S O 4
第31页，幻灯片共48页
2．活性二氧化锰
CH2OH 活性MnO2 CH2Cl2 r.t
产品用途 ：主要用于聚苯乙烯、合成橡胶、工程塑料、离子交换树脂等的原 料
催 化 剂
C 2 H 5 5 5 0 ~ 6 5 0 o C
C HC H 2
第二章VLSI知识点
第二章1，从结构上看，多晶硅栅——二氧化硅介质——参杂衬底您构成了一个典型的平板电容器，平板电容器的电荷作用方式正是mos晶体管工作的基础2当电子积累达到一定的水平是，表面处的半导体中多数载流子变成了电子，即相对于原来的p型半导体，表面处具有了n型半导体的导电性质，这种情况称为表面反型。
当nmos晶体管表面达到强反型时所对应的Vgs值称为nmos晶体管的阈值电压Vtn。
3引起饱和区输出电流变化的效应，被称为沟道长度调制效应。
衡量沟道长度调制的大小可以用厄莱电压Va表示，他反映了饱和区输出电流曲线上翘的程度。
4对mos晶体管的阈值电压值产生影响的因素：1）衬底参杂度2）栅材料与栅衬底的功函数差的数值3）作为介质的二氧化硅（栅氧化层）中的电荷数量以及电荷的性质4）栅氧化层厚度据定了单位面积栅电容的大小要在衬底上表面产生反型层，必须是加能够将表面耗尽并且兴城衬底少数载流子积累的栅源电压，这个电压的大小与衬底的掺杂浓度有直接的关系。
5萨氏方程Kn撇为nmos管的本证导电因子Tox称为栅氧化层的厚度W/L称为器件的宽长比电流—电压特性Mos器件的平方律转移特性6跨导Gm是衡量mos器件的栅源电压对漏源电流控制能力的参数公式：p277电流电压特性遵循饱和区的萨氏方程—p278MOS器件的直流导通电阻NMOS晶体管在非饱和区和饱和区的直流导通电阻公式：在线性区：，即当Vds很小时，上式可近似表示为：p288MOS器件的交流电阻公式书P289直流电阻与交流电阻的区别：直流电阻是工作点Qi处的直流电压与直流电流的比值，而交流电阻的工作点Qi处切线的余切值。
除了线性区，器件的直流电阻都小于交流电阻。
在线性区的Q1处，其直流电阻与交流电阻重合，即大小相等。
10MOS器件的最高工作频率：最高工作频率公式：p29最高工作频率与MOS 器件的沟道长度的平方成反比，减小沟道长度L 可有效地提高工作频率。
12在栅上电荷没有改变的情况下，耗尽层电荷的增加，必然导致沟道中可动电荷的减少，从而导致导电水平的下降。
阳极氧化原理.pptx
• 8、搅拌影响：
•
因氧化膜电阻较大,在电流作用下产生
很高的焦耳热,如不及时扩散,工件易被烧损,
即使不烧烂,生成的膜多疏松,甚至粉化。一
般采用压缩空气搅拌,用于搅拌电解液的压
缩空气必须经过油水分离器净化,以免污染
槽液;
第26页/共51页
• 9、材质影响：
•
所谓材质不仅仅指合金成分,还包括
• 阴极: 2H++2E →H2↑
• 膜的溶解：
• AL2O3+3H2SO4=AL2（SO4）3+3H2O
第6页/共51页
E、H2SO4物理性质： ①98.3%的浓H2SO4，是无色粘稠状液 体,沸点338度,是一种难挥发性的酸 ②化学性质： a.强酸性； b.易与活泼金属反应； c.浓H2SO4具有吸水性，结合水后放出 大量的热，常温下， 浓H2SO4遇铁、 铝合金发生钝化。
第29页/共51页
如果表面产生金属相的不均匀、组织偏析、微杂质偏析或 者热处理不当所造成各部分组织不均匀等，则易产生选择 性氧化或选择性溶解。若铝合金中局部硅含量偏析，则往 往造成局部无氧化膜或呈黑斑点条纹或局部选择性溶解产 生空穴等。另外，如果电解液中有悬浮杂质、尘埃或铜铁 等金属杂质离子含量过高，往往会使氧化膜出现黑斑点或 黑条纹，影响氧化膜的抗蚀防护性能。
组织状态(热处理状态)和表面加工状态。
铝越纯,生成氧化膜透明光亮,否则,氧化膜
透明度和光亮度越低,且抗蚀力越差,组织
状态或加工不同，形成氧化膜不均匀。
第27页/共51页
注：铝的阳极氧化是以铝或铝合金作阳极,以铅板 作阴极在硫酸、草酸、铬酸等水溶液中电解， 使其表面生成氧化膜层。其中硫酸阳极氧化处 理应用最为广泛。铝和铝合金硫酸阳极氧化氧 化膜层有较高的吸附能力，易进行封孔或着色 处理，更加提高其抗蚀性和外观。阳极氧化膜 层一般3-15um，铝合金硫酸阳极氧化工艺操 作简单，电解液稳定，成本也不高，是成熟的 工艺方法，但在硫酸阳极化过程中往往免不了 发生各种故障，影响氧化膜层质量。认真总结 分析故障产生的原因并采取有效预防措施，对
光催化氧化课件ppt
六、影响光催化氧化反应的因素
Ｏ2的影响。在光催化反应中，气相氧的浓度是一 个敏感因素。随着气相氧分压的逐渐增大，有机物 降解速率明显增加。
光强的影响。大量试验数据表明，光强对光催化 反应速率的影响并不十分显著，动力学级数介于 0.5～1.0之间。应该根据反应速率的快慢选择合适 的光强
盐效应。盐的影响在水处理过程中也不容忽视,有 些盐对反应起促进作用，而有些盐则起极大的阻碍 作用。ClO-2、ClO-3、BrO-3和Ｓ2Ｏ2-4能够捕捉 光生电子，降低ｅ--ｈ+的复合；Ｃｌ-、ＮＯ-2、 ＨＣＯ-3和ＰＯ3-4将会与ＯＨ-竞争空穴，影响Ｈ Ｏ·的生成,显著降低光子效率。
溶胶-凝胶法在玻璃表面制备了均匀透明的纳米 TiO2薄膜，采用高压汞灯为光源，敞口固定床 反应器对水中染料亚甲基蓝进行了光催化氧化 实验。实验结果表明:随着涂膜次数的增加，薄 膜TiO2负载量增加，锐钛矿晶相粒径增大， TiO2薄膜对亚甲基蓝氧化降解具有较高的光催 化活性。
有机农药废水
用负载型TiO2/SiO2对有机磷农药2,2 二乙 烯基二甲基磷酸酯(DDVP)的光催化降解 取得较好的效果 。
二、光催化机理
光催化技术是利用半导体作为催化剂。 当用光照射半导体光催化剂时，如果光 子的能量高于半导体的禁带宽度，则半 导体的价带电子从价带跃迁到导带，产 生光生电子（e－）和光生空穴(h+)。
TiO2+hγ——e－ + h+
光生空穴具有很强的氧化性，可夺取半导 体颗粒表面吸附的有机物或溶剂中的电子， 使原本不吸收光而无法被光子直接氧化的 物质，通过光催化剂被活化氧化。
量子效率 与其它水处理技术联用，获取最佳的处
理效果
CODcr质量浓度为650ｍｇ/Ｌ-1,有机磷 质量浓度为19.8ｍｇ/Ｌ-1的农药废水， 经375Ｗ中压汞灯照射4ｈ， CODcr去除 率为90%，有机磷将完全转化为ＰＯ43-。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
D. k>1，并且杂质在氧化 物中扩散快。例如Ga， 硅界面处的杂质浓度低 于体浓度。
INFO130024.01 集成电路工艺原理 8 第五章 热氧化原理 (下) 2D热氧化——由于受到转角处对于热氧化时体
积膨胀的限制，2D热氧化不同于平面的热氧化
INFO130024.01 集成电路工艺原理 9 第五章 热氧化原理 (下)
INFO130024.01 集成电路工艺原理 1 第五章 热氧化原理 (下)
集成电路工艺原理
仇志军 zjqiu@
邯郸校区物理楼435室
INFO130024.01 集成电路工艺原理 2 第五章 热氧化原理 (下) 大纲
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 前言 晶体生长 实验室净化及硅片清洗 光刻 热氧化 热扩散 离子注入 薄膜淀积 刻蚀 后端工艺与集成 未来趋势与挑战
4）氧化物陷阱电荷，Qot Oxide trapped charge
INFO130024.01 集成电路工艺原理 20 第五章 热氧化原理 (下)
1、固定氧化物电荷，Qf （fixed oxide charge）
• 位置：靠近界面氧化层内<2～3 nm范围 • 电荷：正电荷。电荷密度：109-1011 cm-2。电荷态在器件 工作期间不变化。 • 来源推测：由不完全氧化的带有净正电荷的Si引起的。Si· • Qf和生长温度关系：温度升高，Qf下降。 • 降温速率越快，Qf值越低，但硅片直径大于100 mm的硅片 不宜降温太快。 • Qf <111>:Qf<110>:Qf <100>=3:2:1 • 重复性好
INFO130024.01 集成电路工艺原理 22 第五章 热氧化原理 (下)
2、界面陷阱电荷/界面态，Qit（Interface trapped charge）
位置: Si/SiO2 界面 来源推测: 1)在衬底硅指向氧化层的Si表面的悬挂键（Dangling bond Si· ） 2)可以束缚载流子的界面电离杂质（荷电中心） 电荷：能量处于禁带中，可以和Si交换电荷，电荷态依赖于偏压， 可能是正，负或者中性；密度109-1011 cm-2eV-1
3)用磷硅玻璃PSG （phosphosilicate glass） 4)Si3N4作为最后钝化层
Not an issue anymore!
INFO130024.01 集成电路工艺原理 29 第五章 热氧化原理 (下) 4、氧化物陷阱电荷，Qot （oxide trapped charge）
位置：位于氧化层中任意地方。
8
通过FGA有 效地降低 Qit的实例
1.5
6
1.0
4
0.5
2
0
900
1000
1100
1200
Oxidation temperature (oC)
INFO130024.01 集成电路工艺原理 26 第五章 热氧化原理 (下)
Qf和Qit与晶向的关系 ——（100）最低
掺氯氧化 低温合金退火 （氢钝化） 高温氩气退火 Qit & Qf： 温度越高，越小 界面越粗糙，越大 <100>比<111>小得多
可通过在H2或惰性气体中300 C消除。
加对于辐射不敏感的钝化层，如Al2O3和Si3N4
INFO130024.01 集成电路工艺原理 30 第五章 热氧化原理 (下) 二氧化硅质量的检验
厚度测量
• • • • • 机械法 比色法 椭偏法 光干涉法 C-V测量 1、机械法
Stylus
INFO130024.01 集成电路工艺原理 31 第五章 热氧化原理 (下)
INFO130024.01 集成电路工艺原理 27 第五章 热氧化原理 (下)
3、可动离子电荷，Qm（mobile ionic charge） 位置：可以在氧化层中任意地方。开始位于栅（金 属或多晶硅）/SiO2 界面，如在正偏或加温情况，Qm 将向Si/SiO2界面移动。
来源：金属化(Metallization)及别的污染。
物理机理解释
晶向：在薄氧化层区域对氧化速率的作用 2D 氧化扩散 – 2D扩散方程及仿真技术 体积膨胀带来的应力：非平坦表面的应力更大
SiO2
新生 SiO2
硅
INFO130024.01 集成电路工艺原理 12 第五章 热氧化原理 (下) 热氧化方法
热氧化炉（furnace）
•常规热氧化 •掺氯氧化 •氢氧合成氧化 •高压氧化
m：干涉级数
INFO130024.01 集成电路工艺原理 33 第五章 热氧化原理 (下)
4、椭偏法（Ellipsometry）
Light source Filter Polarizer Quarter wave plate Analyzer Detector
Film being measured Substrate
A. k<1，并且杂质在氧化物中 扩散很慢。例如B，k=0.3 杂质在SiO2界面处浓度很 高
B. k<1，并且杂质在氧化 物中扩散很快。例如 B 在含H2气氛下氧化，杂 质在Si界面处的浓度趋 于零。
INFO130024.01 集成电路工艺原理 7 第五章 热氧化原理 (下)
C. k>1，并且杂质在氧化物 中扩散慢。例如 P，As， Sb杂质在硅界面处堆积
(b)
.2
INFO130024.01 集成电路工艺原理 16 第五章 热氧化原理 (下)
2、掺氯氧化 • 氯源 3% HCl，三氯乙烯TCE（C2HCl3），三氯乙烷 （TCA），三氯甲烷，Cl2，NH4Cl，CCl4等 • 方法 最好瓶装HCl气体，使用方便，浓度容易控制 • 二步TCE或TCA法
INFO130024.01 集成电路工艺原理 3 第五章 热氧化原理 (下)
D－G模型
2 x0 x 0 t B B/ A
上节课主要内容
氧化速率为
xi2 Ax i B
dx0 B /(2 x0 A) dt
压强、晶向、掺杂和掺氯对氧化速率的影响
INFO130024.01 集成电路工艺原理 4 第五章 热氧化原理 (下) 热氧化时杂质在界面上的再分布
INFO130024.01 集成电路工艺原理 25 第五章 热氧化原理 (下)
3.0
Annealing w/o H2 500 oC/10 min/10% H2 in N2 450 oC/10 min/25% H2 in N2 12
Midgap Qit (1011 cm-2 eV-1)Fra bibliotek2.5
10
2.0
来源: 1）氧化层中一些断裂的Si-O、Si-Si、Si-H、Si-OH
– 电离辐照（ionization irradiation） – VLSI工艺过程引入：如电子束蒸发、溅射、等离子体刻蚀、 电子束或X射线光刻、离子注入 结果：这些陷阱会捕获空穴或电子，影响器件的工作
1000 C干氧化可以改善SiO2结构，使其不易打断——抗辐射氧化
2、比色法
INFO130024.01 集成电路工艺原理 32 第五章 热氧化原理 (下)
3、光干涉法（Interferometry） 由光的相干原理，膜表面与界面反射二束光相干涉。 由光学原理，两束光的光程差为入射光的波长整数倍时 出现加强的亮度 垂直入射时:
x0 m
2n
n：二氧化硅折射率
：入射光波长 如 =589.6 nm
INFO130024.01 集成电路工艺原理 18 第五章 热氧化原理 (下)
4、高压氧化：一种低温快速的氧化方法
B和B/A与氧化剂分压近似成正比 在一个大气压下，每增加一个大气压氧化速率增加一倍 如速率不变，则每增加一个大气压，温度下降30 C 但在VLSI工艺中，尚未广泛使用，原因： 1）安全问题，一般设备需要25 atm 2）设备占地太大，生产产量小 3）厚度不均匀
杂质在Si和SiO2中的溶解度不同，扩散系数不同，热 氧化时，杂质在SiO2－Si两边要重新分布，这种规律 由分凝系数（Segregation Coefficient）来描述
杂质在硅中的平衡浓度
k=
＝
C1
杂质在二氧化硅中的平衡浓度
C2
INFO130024.01 集成电路工艺原理 6 第五章 热氧化原理 (下)
与Qf为同一来源：高Qf一定高Qit。
INFO130024.01 集成电路工艺原理 23 第五章 热氧化原理 (下)
INFO130024.01 集成电路工艺原理 24 第五章 热氧化原理 (下)
Qit和下列因素有关： 氧化温度，氧化气氛（湿氧、干氧），晶向等 Qit和干氧氧化温度的关系 1）Qit 随温度升高而降低； 2）在能带中间部分， Qit(100)比Qit(111)低约5倍 降低Qit的方法 低温金属化后退火（PMA） （low temperature post-metallization anneal) 在H2或H2－N2（Forming Gas Annealing, FGA）中 350－500 C退火30分钟 退火前，Qit约1011 cm-2eV-1 退火后，Qit约1010 cm-2eV-1 - 可应用
氧化硅在凸角和凹角处均比平坦处薄 凹角比凸角影响更大 氧化滞后与转角的曲率半径 r 相关：r越小，滞后越严重 低温下氧化滞后更严重。1200 C未见滞后。
INFO130024.01 集成电路工艺原理 10 第五章 热氧化原理 (下)
凸角
凹角
INFO130024.01 集成电路工艺原理 11 第五章 热氧化原理 (下)
－ 850 º C 干氧 – 850 º C TCE 或 TCA氧化 – 1050 º C TCE或TCA氧化 – 1050 º C N2中退火 – 降低Qit