单晶硅的热氧化

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1、http://www.xiyutec.com上海矽裕电子科技有限公司TEL:021-51385583第七章单晶硅的热氧化在硅表面形成二氧化硅称为氧化，稳定且附着力强的二氧化硅的制成导致了硅集成电路平面工艺的诞生。尽管有许多种在硅表面直接生成二氧化硅的方法，但通常还是采用热氧化的方法来完成，这种方式就是将硅暴露在高温氧化环境(氧气，水)之中。热氧化方法能够在二氧化硅薄膜的制备过程中使膜厚以及硅/二氧化硅界面特性得到控制。其它生长二氧化硅的技术有等离子阳极氧化和湿法阳极氧化，但这两种技术都未在超大规模集成电路工

2、艺中得到广泛的应用。在缓冲HF中的腐蚀速率1000折射系数1.46(ٛ/min)红外辐射吸收峰9.3比热(J/g°C)1.0线性膨胀系数(cm/cm°C)5.0×10-7硅上膜内应力(dyne/cm2)2～4×109分子重量60.08热导率(W/cm°C)0.014每立方厘米分子数2.3×1022表表表1.在超大规模集成电路工艺中应用的热二氧化硅膜厚的范围表表表2.热二氧化硅部分物理常数直流电阻率（Wcm),25°C1014～1016绝缘常数3.8～3.9密度（g/cm3)2.27能隙(eV)约8绝缘强度（

3、V/cm)5～10×106熔点(ٛC)约1700111真空吸笔‖‖‖理片机‖理片机‖‖‖倒片机‖倒片机‖‖‖金属片架‖金属片架‖‖‖取舟器石英舟‖取舟器石英舟///取舟器/取舟器‖‖‖外延石英钟罩‖外延石英钟罩‖‖‖定制工具‖定制工具‖‖‖净花及防静电用品‖净花及防静电用品http://www.xiyutec.com上海矽裕电子科技有限公司TEL:021-51385583SiO2厚度应用热生成二60～100ٛ隧道效应氧化物氧化硅150～500ٛ栅氧，绝缘电容器在超大200～500ٛLOCOS(硅的局部氧化)

4、规模集2000～5000ٛ掩模，表面钝化成电路工艺中3000～10000ٛ场氧主要应用于生成从60Å到1000Å厚的二氧化硅膜，这些膜的作用包括：a)离子注入和扩散掩蔽层；b)硅表面钝化；c)器件隔离（例如硅的局部氧化，简称LOCOS);d)用作栅氧和在MOS器件中起绝缘作用的电容器；e)用作在电可变ROMs(EAROMs)中的隧道效应氧化膜。表1列出了在这些应用中膜厚的范围。本章将讨论：a)石英玻璃和热生成二氧化硅的特性；b)氧化动力学；c)初始氧化过程以及硅与二氧化硅的直接氮化;d)不同生长条件下的氧化

5、速度；e)硅/二氧化硅界面特性；f)氧化过程中掺杂浓度的再分配；g)氧化设备；h)氧化厚度的测量。多晶硅的氧化已在第六章中讨论过。表2给出了所列热生成二氧化硅参数的典型值。一一一、一、、、二氧化硅二氧化硅的特性玻璃以及非晶态的二氧化硅统称为熔融二氧化硅。在一些文献中当写到炉体的时候，常会提到熔融石英，这是误称，实际上这种炉体是用熔融二氧化硅制成的，石英是二氧化硅一种结晶态的称谓。从热动力学的角度来说，当温度低于1710°C时，非晶态的二氧化硅是不稳定的，这说明在1710°C以下，非晶态的二氧化硅有转变为结晶

6、态的趋势(逆向玻璃化)，而且发现随着温度的降低，转变的速率也下降，当温度降到1000°C以下时，实质上转变速率已接近零。用熔融二氧化硅制成的炉管在高温下使用较长时间以后，表面会出现白色结晶物质，这就是因为有逆向玻璃化的过程，这些物质可能成为粒子污染源。Stevels和Kats设计了一个使熔融二氧化硅的结构更清楚、更直观的模型。尽管因为非晶态没有长列结构，但在小范围内还是存在一定的有序状态，小范围的有序是指以SiO4的结构式为中心，这种结构可以这样来描述：正四价硅原子位于一个规则多面体(如四面体或三角多222

7、真空吸笔‖‖‖理片机‖理片机‖‖‖倒片机‖倒片机‖‖‖金属片架‖金属片架‖‖‖取舟器石英舟‖取舟器石英舟///取舟器/取舟器‖‖‖外延石英钟罩‖外延石英钟罩‖‖‖定制工具‖定制工具‖‖‖净花及防静电用品‖净花及防静电用品http://www.xiyutec.com上海矽裕电子科技有限公司TEL:021-51385583面体)的中心，在每个角上都有负二价的氧离子，硅与氧离子的距离，即相应四面体的边长，为1.62Å，而氧离子与氧离子之间的距离为2.27Å。然后多面体通过一个被称为桥键氧的氧离子互相连接，这个氧离

8、子属于它所连接的两个多面体共有，这就是结晶二氧化硅的情况。然而对于非晶态二氧化硅(熔融二氧化硅)，占据一些多面体顶点的是非桥键氧，它不是两个相邻多面体所共有的，桥键氧相对于非桥键氧所占的比例越高，玻璃的紧密性就越好。氧原子比硅原子更容易在玻璃中产生运动，因为释放一个硅原子需要断裂四根Si-O键，而释放一个桥键氧原子只需断裂两根Si-O键就可以了，如果发生这样的断裂，就会形成一个氧离子空穴，这个空穴在整个网络中带纯