《氧化工艺》PPT课件.ppt

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1、第二章氧化www.themegallery.com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。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在二氧化硅膜中，有的氧原子与两个硅原

2、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。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。桥键氧和非桥键氧、物理性质密度：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>1010Ω.cm，高温干氧氧化的电阻率达1016Ω.cm）介电强度：单

3、位厚度的SiO2所承受的最小击穿电压106～107V/cm介电常数：相对介电常数为3.91.2二氧化硅的性质、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。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

4、导体器件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。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

5、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；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；氧硅网络形成者网络改变者氢二氧化硅中杂质和缺陷示意图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

6、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。2.2对器件的表面保护和钝化作用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。2.3用作电容器的介质材料2.4用于器件的绝缘隔离层SiO2作为绝缘层也是器件工

7、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。二氧化硅膜用于MOS场效应管的绝缘栅介质，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。2.5用作MOS器件的绝缘栅材料2.6场氧化层fieldoxide目的:用做单个晶体管间相互隔离的阻挡层。