微电子工艺基础氧化工艺

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1、第5章氧化工艺1第5章氧化工艺本章（4学时）目标：1、掌握硅器件中二氧化硅层的用途2、熟悉热氧化的机制3、熟悉干氧化、湿氧化和水汽氧化的特点4、掺氯氧化的作用5、氧化膜质量的检测方法第5章氧化工艺一、旧事重提1、氧化工艺的定义（*）2、二氧化硅的结构（**）3、二氧化硅膜的作用（*****）4、二氧化硅膜的厚度（**）5、氧化膜的获得方法（****）二、氧化膜的生长方法1、热氧化生长机制（***）2、热氧化生长方法（****）3、热氧化系统和工艺（***）三、氧化膜检验方法第5章氧化工艺一、旧事重提1、氧化工艺的定义在硅或其它衬底上生长一层二氧化硅

2、膜。2、二氧化硅的结构（1）概述B长程无序但短程有序。A微电子工艺中采用的二氧化硅薄膜是非晶态，是四面体网状结构。第5章氧化工艺一、旧事重提2、二氧化硅的结构（2）几个概念位于四面体之间，为两个硅原子所共有的氧原子称桥键氧原子。①桥键氧原子只与一个四面体（硅原子）相连的氧原子称非桥键氧原子。它还能接受一个电子以维持八电子稳定结构。②非桥键氧原子桥键氧越少，非桥键氧越多，二氧化硅网络就越疏松。通常的二氧化硅膜的密度约为2.20g/cm3第5章氧化工艺一、旧事重提2、二氧化硅的结构（2）几个概念③网络调节剂第5章氧化工艺一、旧事重提2、二氧化硅的结构（

3、2）几个概念④网络形成剂第5章氧化工艺一、旧事重提2、二氧化硅的结构（2）几个概念第5章氧化工艺一、旧事重提2、二氧化硅的结构（2）几个概念⑤本征二氧化硅无杂质的二氧化硅第5章氧化工艺一、旧事重提3、二氧化硅膜的用途（1）表面钝化A保护器件的表面及内部——二氧化硅密度非常高，非常硬，保护器件免于沾污、损伤和化学腐蚀。B禁锢污染物——落在晶圆上的污染物（主要是移动的离子污染物）在二氧化硅的生长过程中被禁锢在二氧化硅膜中，在那里对器件的伤害最小。（教材P105）第5章氧化工艺一、旧事重提3、二氧化硅膜的用途（2）掺杂阻挡层（作为杂质扩散的掩蔽膜）A杂质

4、在二氧化硅中的运行速度低于在硅中的运行速度（P105）B二氧化硅的热膨胀系数与硅接近（P105）选择二氧化硅的理由：第5章氧化工艺一、旧事重提3、二氧化硅膜的用途（2）掺杂阻挡层（作为杂质扩散的掩蔽膜）二氧化硅起掩蔽作用的条件：A：D二氧化硅<

5、OSFET的栅电极（参见图7.4）第5章氧化工艺一、旧事重提3、二氧化硅膜的用途（3）绝缘介质③MOS电容的绝缘介质（参见图7.5）第5章氧化工艺一、旧事重提4、二氧化硅膜的厚度参照教材图7.6，重点了解栅氧和场氧的厚度。栅氧厚度：150埃-500埃场氧厚度：3000埃-10000埃（不到一个微米）第5章氧化工艺一、旧事重提5、二氧化硅膜的获得方法参照教材P47图4.6所示，获取二氧化硅膜的方法有：A：热氧化工艺（本课程重点）B：化学气相淀积工艺C：溅射工艺D：阳极氧化工艺第5章氧化工艺一、旧事重提第5章氧化工艺一、旧事重提1、氧化工艺的定义（*）

6、2、二氧化硅的结构（**）3、二氧化硅膜的作用（*****）4、二氧化硅膜的厚度（**）5、氧化膜的获得方法（****）二、氧化膜的生长方法1、热氧化生长机制（***）2、热氧化生长方法（****）3、热氧化系统和工艺（***）三、氧化膜检验方法第5章氧化工艺二、氧化膜的生长方法1、热氧化机制（1）基本机理热氧化是在Si/SiO2界面进行，通过扩散与化学反应实现。O2或H2O在生成的二氧化硅内扩散，到达Si/SiO2界面后再与Si反应。（参阅图7.8）结果：硅被消耗而变薄，氧化层增厚。Si（固态）+O2（气态）SiO2（固态）（>1000℃）生长

7、1μm厚SiO2约消耗0.45μm厚的硅dSi=0.45dSiO21、热氧化机制（2）热氧化生长动力学（迪尔-格罗夫模型）NG气体内部氧化剂浓度NGSSiO2表面外侧氧化剂浓度NOSSiO2表面内侧氧化剂浓度NSSiO2/Si界面处氧化剂浓度toxSiO2薄膜的厚度第5章氧化工艺二、氧化膜的生长方法1、热氧化机制（2）热氧化生长动力学（迪尔-格罗夫模型）hG:气相质量转移系数F1：氧化剂由气体内部传输到气体和氧化物界面的粒子流密度，即单位时间通过单位面积的原子数或分子数。第5章氧化工艺二、氧化膜的生长方法1、热氧化机制（2）热氧化生长动力学（迪尔-

8、格罗夫模型）D0：氧化剂在SiO2中的扩散系数。F2：氧化剂扩散通过已生成的二氧化硅到达SiO2/Si界面的扩散流密度。第