1、生重要影响 。 为了防止高温下水汽通过石英管壁进入 氧化炉内，可用双层石英管是，在两层 中间通高纯氮或氩，这样可以把通过外 层石英管进入到夹层中的水汽及时排除 。 38 D-G模型对30nm 以下的干氧氧化不 准。 自然氧化物不是连 续生长而是阶段的 生长。轻掺杂 0.8nm;重掺杂 1.3nm。 初始氧化阶段的氧 化机制仍是日前研 究热点。 39 用途：薄层氧化主要作为MOS IC的栅 要求： 低缺陷密度； 好的抗杂质扩散的势垒持性； 低的界面态密度和固定电荷，高质量的Si-SiO2界 面； 在热载流子应力和辐射条件下的稳定性好； 工艺过程中具有较低的热开销。 40 工艺条件：对氧化层质量有
2、重大影响 生长必须足够慢，才能保证获得均匀性和重复性 好 与清洗工艺有着密切的关系 所用试剂的纯度有着密切的关系 工艺方法： 干氧氧化、含有HCl的干氧氧化 减压氧化 低温高压氧化等。 41 由四方面因素决定： 杂质的分凝现象； 杂质在SiO2表面逸出； 杂质在SiO2、Si中的扩散系数； 界面移动（氧化速率） 42 分凝 逸出 扩散 界面 移动 k1，在SiO2/Si界面杂质向Si内扩散，Si面杂 质浓度高，堆积。P , kp= 10， As , kAs=10， Ga, kGa=20。 43 SiO2/Si界面分凝现象-指杂质在SiO2和Si中平衡 浓度不同的现象。 分凝系数-指衡量分凝效应
3、强弱的参数： 44 SiO2/ Si SiO2/ Si SiO2/ SiSiO2/ Si k1 杂质在硅 一侧堆积 45 热氧化后硅中磷的表面浓度 热氧化后硅中硼的表面浓度 46 计算得到的在不同温度下氧化后硅中硼的分布曲线 高温氧化对杂质浓度分布的影响 质量要求： 厚度及均匀性应满足要求 成膜质量：表面无斑点，裂纹，白雾，发花 ；内部针孔密度等。 检测： 厚度测量 成膜质量测量：表面缺陷；结构缺陷；氧化 层中的电荷；热应力 47 比色法：估算厚度 光学方法：干涉条纹法；椭圆偏振法 探针轮廓仪 48 49 可根据氧化层表面颜色和表中所列颜色进行比较，来确定氧化层的厚度 原理：测定氧化层台阶上的
4、干涉条纹数目求 氧化层厚度的方法。当用单色光垂直照射氧 化层表面时，由于是透明介质，所以入射光 将分别在表面和硅界面处反射。 测量方法： 试片表面涂一小滴黑胶，然后在HF中未被保护 的腐蚀掉，丙酮除去黑胶，这样在硅片表面出现 一个台阶。用干涉显微镜观察表面时，在台阶处 就出现的明暗相同的干涉条纹，根据干涉条纹数 目，可计算出的氧化层厚度 50 51 n：二氧化膜的折射率，约为1.5； x：干条纹的条数。 从一个最亮到相邻的 一个最亮条（或最暗条 到相邻的另一个最暗条 ）就算一个干涉条纹。 而从最暗到相邻最亮条 则可算为半根。 52 表面无斑点，裂纹，白雾，发花和针孔等毛病； 针孔密度检测方法
5、腐蚀法：腐蚀液为邻苯二酚，胺，水(PAW) ，通过针 孔化学腐蚀衬底硅。 氯气腐蚀法：900以上，氯气对针孔部位的Si腐蚀。 铜缀法：含铜电解液，电流通过针孔流通，电化学反 应在针孔析出铜。 1、一般要求 53 界面硅侧有大量自填隙硅原子，这 些点缺陷结团形成堆垛层错，一般 位于111面中。 Si腐蚀后，显露的OSF，继续 腐蚀将显露更多缺陷 若氧化时间极短，氧化速率服从什么规律； 而氧化时间很长呢？ 影响氧化速率的主要因素有哪几个？哪个影 响最大？ 热氧化过程中杂质再分布由几方面因素引起? 薄层氧化与D-G模型是否吻合？ 热氧化后在界面硅一侧会出现什么结构问题 ？ 54 55 * * * *
6、 * * * * * * 界面陷阱电荷 Qit SiO2 Si + + + + + + + + + + 氧化层固定电荷 Qf 氧化层陷阱电荷 Qot + + + + - - - - - 可动离子电荷 Qm K+ Na+ 可动离子电荷（Qm）-在二氧化硅中都是网 络改变者存在、荷正电的碱金属离子杂质，主 要是Na+、K+、H+ 等。 其中主要是Na+。在人体与环境中大量存在Na+ ，热氧化时容易发生Na+沾污。 降低方法 加强工艺卫生，避免Na+沾污；也 可采用掺氯氧化，固定Na+离子；高纯试剂。 56 对MOS电容进行C-V 测试； 在栅极上加约1MV/cm 的正向（反向）偏压， 同时加热到2
7、00-300 ，l0-30min，确保可动 离子都到达SiO2/Si界面 ； 保持偏压冷却至室温， 再测C-V 。 V=Nm/qCox 57 +V 固定离子电荷Qf -主要是氧空位，不随表面势和 时间的变化而变化 存在机理-一般认为固定电荷与界面一个很薄的 （约30）过渡区有关，过渡区有过剩的硅离子 ，过剩的硅在氧化过程中与晶格脱开，但未与氧 完全反应。 降低方法： 干氧氧化空位最少，水汽氧化氧空位最多。热氧化时 ，首先采用干氧氧化方法可以减小这一现象。 氧化后，高温惰性气体中退火也能降低固定电荷。 58 界面态（界面陷阱电荷 ）Qit是能量处于硅禁带 中、可以与价带或导带 交换电荷的陷阱能级
8、或 电荷状态。 与衬底晶向、氧化条件 和退火条件密切有关。 (111) 最高，(100) 最低 。 降低方法-在金属化后 退火（PMA）；低温、 惰性气体退火可降低。 59 存在于SiO2中和Si-SiO2界面附近，陷阱 俘获电子或空穴后分别荷负电或正电。 产生方式主要有电离辐射和热电子注入 。 降低方法-选择适当的氧化工艺条件； 在惰性气体中进行低温退火；采用对辐 照不灵敏的钝化层可降低。 60 SiO2与Si的热膨胀系数不同，在结束氧化退 出高温过程后，会产生很大的热应力 Si：2.610-6 K-1，SiO2：510-7 K-1 在加热或冷却过程中要使硅片受热均匀，同 时，升温和降温速率
9、不能太大。 61 IC进步对热氧化工艺不断提出新要求：降 低工艺温度；提高氧化层质量。因此热氧化技 术不断发展 4.6.1 掺氯氧化 4.6.2 高压氧化 62 钝化可动离子，尤其是钠离子； 减少SiO2中缺陷，提高了氧化层的抗击穿能力； 降低了界面态密度和表面固定电荷密度； 减少了氧化导致的堆垛层错，增加了氧化层下面 硅中少数载流子的寿命。 氯气有毒，对管路有腐蚀，HCl对硅有腐蚀。 63 氯的掺入可改善SiO2 层和 SiO2 /Si界面的性质 氧化剂的压力在几个到几百个大气压之间的 热氧化称高压热氧化。 高压热氧化的主要特点是氧化速率快，反应 温度低（常用温度为650950，仍可保持 高
10、的氧化速率），减小了杂质的再分布和pn 结的位移，又可抑制氧化过程的诱生缺陷、 应力和杂质再分布效应。 64 SiO2 生方法特点主要用途 1 生 ，操作方便，SiO2 薄膜致密。 采用湿氧干氧交替方法，可得 既厚又致密的。缺点：氧化需在 高温（10001200下行，容易引 起P-N特性退化。 广泛用于硅外延平面晶体管、双极型集成 路、MOS集成路生，作 散的掩蔽膜，作器件表面和P-N的 化膜以及集成路的隔离介， 介等。 2 分 解 淀 SiO2 直接淀在Si底表面，不与硅片本 身反。淀温度（700800） 低，P-N特性影响不大，可任意 底行淀。 也 。容易 得到厚的SiO2。缺点：形成的S
11、iO2 地不如生的致密。 用于大功率晶体管和半体集成路的 助氧化，避免孔的不良影响，作 半体微波器件等的表面化膜。 3 阴 极 射 Si底温度低（一般在200左右），可任 意底淀。缺点：生速率慢周期 ，例如生3000埃SiO2膜一般要8 12小。生成SiO2不如生的致密 。 用于不宜行高温理的器件淀表面 化膜，如硅整流器和可控硅等。用作 某些半体器件的 介。 4 HF-HNO3 气 相 化 反温度低（室温），工和 ， 生成膜比阴极射的完整、致密。缺 点：生周期。 用于不宜行高温理的器件生 化膜 。如硅整流器和可控硅，高反硅台 面管等面型器件。 5 真 空 蒸 Si底所温度低（在400恒温10m
12、in后 降至200蒸）。可任意底蒸。 SiO2膜均匀，生速度快。缺点： SiO2地不完整， 复。 用于制作半体器件的 介。 6 外 延 淀 Si底不参加反。膜的量好。淀 速度低快： 生，可得到厚的 膜。缺点：生温度高（1120 1150）， 复。 用于高 性集成路和超高速数字集成 路中制作介隔离槽。 7 阳 极 氧 化 反温度低（室温），在外加 和 不 ，或以厚度比一致的SiO2 薄。缺点：SiO2构疏松，多孔， 不完整。 用于散 分布的定。用于采用浅 散的硅器件的深定。 65 各种氧化方法比较 氧化机理：D-G模型；两种极限情况氧化 速率（ B/A ，B） 氧化工艺：掩模工艺，薄层工艺（MO
13、S 栅） Si/SiO2界面特性：可动电荷和固定电荷 ，氧化诱生堆垛层错。 66 脙(辆錀萀呣錀錀錀讀缁谱H缀窢狝谀錀椀褂儃甃疃甃礃贃霃霃霃瘅呐鑓灔瀀琀瀀瀀琀搀戀搀戀戀戀挀搀戀挀戀戀戀挀挀最椀昀瘀呐鑓灔瀀琀瀀瀀琀尀尀搀挀戀戀愀挀戀挀搀昀攀挀攀戀氀甀戀挀娀琀娀攀椀樀猀漀甀礀最椀匀焀唀渀漀爀儀琀漀椀愀渀欀砀砀倀挀夀儀鑓瀀瀀琀戀戀搀攀昀搀搀昀搀愀昀攀挀搀戀攀戀娀z栀蜀鑕2鑕獜倀倀吀蜀捥夀戀匀刀搀堀爀夀挀眀愀伀琀娀刀焀刀堀焀砀挀刀氀戀圀戀吀礀最礀焀栀礀渀匀眀昀倀氀漀欀椀眀瘀呐鑓枖枖夀补奣补瘀呐鑓艧瘀呐鑓筧譼舀腩瘀呐鑓鑧艧蘀著癸鞃葟噜爀椀最渀愀爀搀刀攀愀挀琀椀漀渀囿椀挀琀漀爀爀椀最渀愀爀搀爀愀渀挀攀椀攀氀猀伀蔀甀鑗嘀贀
