氧化工艺ppt课件

应用 隧道栅极 栅极氧化、电容绝缘层 氧化 掩膜氧化、表面钝化 场氧化
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3 热氧化机理
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2.3 用作电容器的介质材料
SiO2也可用来做硅表面和导电表面之间形成的电 容所需的介电质（见图）。二氧化硅的介电常数 在10kHZ频率下工作时为3-4，击穿电压高，温度 系数小，是制作电容器的良好材料。
C
0 sio2
s d
金属层 氧化层
晶片
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Hale Waihona Puke Baidu
2.4 用于器件的绝缘隔离层
二氧化硅；按照杂质在二氧化硅网络中的存在形式， 后者又分为网络形成者和网络改变者； ——网络形成者：可以取代二氧化硅网络中硅位 置的杂质，其特点是离子半径与Si原子的半径相接 近或更小，如P、B、Sb，又称替位式杂质。 ——网络改变者：存在于二氧化硅网络间隙中的 杂质，又称间隙式杂质。其特点是离子半径较大， 多以氧化物形式掺入，如钠、钾、钙等；
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第二章 氧 化
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二氧化硅是微电子工艺中采用最多的介质薄膜。 二氧化硅薄膜的制备方法有： 热氧化 化学气相淀积 物理法淀积 阳极氧化等 热氧化是最常用的氧化方法，需要消耗硅衬底，
是一种本征氧化法。
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本章内容
二氧化硅的性质 二氧化硅的用途 热氧化原理（Deal-Grove模型) 热氧化工艺（方法）和系统 热氧化工艺的质量检测
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1、二氧化硅的性质
1.1 二氧化硅的结构
热氧化二氧化硅网络：一个硅原 子和4个氧原子组成四面体单元。
——一种无定型的玻璃状结构 软化温度 (1700℃以上)。 分子数密度CSiO2=2.2×1022/cm3
非晶态二氧化硅结构
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桥键氧和非桥键氧
在二氧化硅膜中，有的氧原子与两个硅原子键合，
称为桥键氧。只与一个硅原子键合的氧原子，称为 非桥键氧。
应管的绝缘栅介质，在一 个MOS三极管中，栅极区 会长一层薄的二氧化硅 （见图）。这时的SiO2的 厚度和质量决定着场效应 管的多个电参数，所以对 绝缘栅的厚度和质量要求 非常严格。
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2.6场氧化层field oxide
目的:用做单个晶体管间相互隔离的阻挡层。
场氧化层 晶体管位置 p+硅衬底
说明:一般场氧化层厚度在2,500到15,000Å间。 （厚氧） 湿氧氧化法是较佳的生长方法。
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2.1.1掩蔽层条件
SiO2膜能在杂质扩散时起掩蔽作用，必须满足两 个条件：

——杂质在SiO2中的扩散系数必须远小于Si中
的扩散系数，DSiO2＜DSi 。
——SiO2具有足够厚度，当杂质在Si中扩散达到 所需深度时，还没有扩穿SiO2膜
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2.1.2杂质在SiO2中的存在形式 按照是否含有杂质，分为本征二氧化硅和非本征
二氧化硅膜主要由任意方向的多面体网络组成，而 两者的比例影响着网络结构的强度、密度等性质， 桥键氧越多则粘合力越强、网络强度越大、二氧化 硅膜越致密。
干氧氧化的二氧化硅膜比湿氧和水汽氧化的二氧化 硅膜都致密，就是因为干氧氧化的二氧化硅膜中桥 氧键多。
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1.2 二氧化硅的性质
1) 、物理性质
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2.7 器件氧化物的厚度
应用在硅材料器件中的二氧化硅随着作用的不同其厚度 差别是很大的，薄的氧化层主要是MOS器件里的栅极，厚 的氧化层主要用于场氧化层，下面的表列出了不同厚度 范围及其相对应的主要用途。
二氧化硅厚度（Å） 60～100 150～500 200～500 2000～5000 3000～10000
107V/cm 介电常数：相对介电常数为3.9
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2) 、化学性质
酸性氧化物，是硅最稳定的氧化物，不溶于水 耐多种强酸，但能与氢氟酸反应：
第一步： SiO2 + 4HF=> SiF4+2H2O 第二步： SiF4 +6HF=> H2 [SiF6 ] 总的反应： SiO2 + 6HF=> H2 [SiF6 ] +2H2O
密度：无定型SiO2密度2.15～2.25g/cm2,结晶型SiO2密度 2.65g/cm2
折射率：密度大的薄膜具有大的折射率 电阻率：与制备方法以及所含杂质数量等因素有关(SiO2电阻
率> 1010 Ω.cm，高温干氧氧化的电阻率达1016 Ω.cm ） 介电强度：单位厚度的SiO2所承受的最小击穿电压106～
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二氧化硅中杂质和缺陷示意图
氧 硅 网络形成者
氢 网络改变者
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2.2 对器件的表面保护和钝化作用
SiO2层在防止硅器件被污染方面起到了一个非常重要的 作用。原因是SiO2密度非常高、非常硬，因此硅表面的SiO2 层可以扮演一个污染阻挡层的角色。
另一方面， SiO2对器件的保护是源于其化学特性。因 为在制造过程中，无论工作室多么洁净，总有一些电特性活 跃的污染物最终会进入或落在硅片表面，在氧化过程中， 污染物在表面形成新的氧化层，使得污染物远离了电子活性 的硅表面。也就是说污染物被禁锢在二氧化硅膜中，从而减 小了污染物对器件的影响。
生产中这一性质对二氧化硅膜进行腐蚀 在一定温度下，能和强碱（如氢氧化钠、氢氧化钾）反应， 也有可能被铝、氢等还原。
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2、二氧化硅的用途
对杂质扩散的掩蔽作用 对器件的表面保护和钝化作用 用于器件的绝缘隔离层 用作电容器的介质材料 用作MOS器件的绝缘栅材料 用于其它半导体器件
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2.1 对杂质扩散的掩蔽作用
器件制造过程中的掺杂是选择（定域）掺杂，那么 不需要掺杂的区域就必须进行保护而不被掺杂。
由于某些元素（如硼、磷、砷、锑等）在二氧化硅 中的扩散速度比在硅中慢很多，可以利用二氧化硅作为 扩散掩蔽层，如图所示。
但是也有一些情况相反，如铝、镓和铟等，镓和钠等碱金属扩散 在SiO2扩散速度快， SiO2层对这些杂质起不到“掩蔽”作用。
SiO2作为绝缘层也是器件工艺的一个重要组成部分。 SiO2具有很高的电阻率，是良好的绝缘体，所以在硅器 件中用于铝引线和薄膜下面元件之间的电绝缘层以及多 层布线间的绝缘层。
也可以利用其作为各元件间的电隔离(即介质隔离)。
如图所示。
金属层
氧化层 晶片
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2.5用作MOS器件的绝缘栅材料 二氧化硅膜用于MOS场效