热氧化教学提纲.ppt

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1、热氧化(ThermalOxidation)热氧化(ThermalOxidation)一.什么是热氧化？热氧化定义及SiO2的结构二.为什么要热氧化？氧化膜（SiO2）的性质和用途三.怎么热氧化呢？热氧化机理(Deal-Grove模型)热氧化工艺（方法）和系统四.氧化结果如何？氧化膜质量的检测五.文献调研一.什么是热氧化？1.热氧化定义：将硅片置于高温下，通以氧化的气氛，使硅表面一薄层的硅转变为二氧化硅的方法。2.二氧化硅(Si02)的结构2.1基本架构单元：4个O原子位于四面体的顶点，Si位于四面体中心。结晶形和非结晶形（无定形）二氧化硅都是Si－O正四面体结构组成的。这些四面体通过不同的

2、桥键氧原子连接，形成不同状态和结构的二氧化硅。桥键氧非桥键氧热氧化方法制备的二氧化硅是无定形结构(长程无序但短程有序)。SiO2有结晶形和无定形两类。热氧化(ThermalOxidation)一.什么是热氧化？热氧化定义及SiO2的结构二.为什么要热氧化？氧化膜（SiO2）的性质和用途三.怎么热氧化呢？热氧化机理(Deal-Grove模型)热氧化工艺（方法）和系统四.氧化结果如何？氧化膜质量的检测五.文献调研二.为什么要热氧化？1.氧化膜作用①.作为杂质扩散或离子注入的掩蔽层②.表面钝化层③.器件隔离用的绝缘层④.mos器件的组成部分—栅介质⑤.电容器的介质材料⑥.多层布线间的绝缘层■介电

3、强度高：>10MV/cm2.1二氧化硅的绝缘特性■电阻率高：11014·cm~11016·cm禁带宽度大：~9eV■介电常数：3.9(热氧化二氧化硅膜)2.SiO2的性质■B、P、As等常见杂质在SiO2中的扩散系数远小于其在Si中的扩散系数。DSi>DSiO2■SiO2做掩蔽膜要有足够的厚度：对特定的杂质、扩散时间、扩散温度等，有一最小掩蔽厚度。2.2二氧化硅的掩蔽性质2.3二氧化硅的化学稳定性■二氧化硅是硅的最稳定化合物，属于酸性氧化物，不溶于水。■耐多种强酸腐蚀，但极易与氢氟酸反应。热氧化(ThermalOxidation)一.什么是热氧化？热氧化定义及SiO2的结构二.为什

4、么要热氧化？氧化膜（SiO2）的性质和用途三.怎么热氧化呢？热氧化机理(Deal-Grove模型)热氧化工艺（方法）和系统四.氧化结果如何？氧化膜质量的检测五.文献调研热氧化工艺1、干氧氧化:2、水汽氧化:3、湿氧氧化:通过高纯水的氧气携带一定水蒸气干氧氧化系统水汽氧化系统常压下干氧、水汽、湿氧氧化法的特点及适用范围氧化种类优点缺点适用场合干氧氧化结构致密，表面平整光亮；对杂质掩蔽能力强；钝化效果好；生长均匀性、重复性好；表面对光刻胶的粘附好生长速率在三种氧化法中最慢，例如1200℃下生长0.5m厚需6h薄层高质量氧化；厚层氧化时用于起始和终止氧化；缓冲氧化层水汽氧化生长速率快于干氧氧化

5、及湿氧氧化,这是因为水比氧在二氧化硅中更高的扩散系数与大得多的溶解度；在固定水汽压下，水温的少许变化不影响氧化速率结构疏松；对杂质的掩蔽能力差；表面上H2O量过多时会出现斑点与其他缺陷与干氧氧化法结合生长厚氧化层湿氧氧化生长速率介于干O2与水汽氧化之间；可由水温、炉温调节生长速率，工艺灵活性大；对杂质的掩蔽能力、钝化效果能满足工艺要求表面存在羟基使其对光刻胶的粘附不好厚层氧化；干O2（10min）-湿氧-干O2(10min)在实际生产中，对于制备较厚的二氧化硅层来说往往采用干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式，既保证了二氧化硅层表面和Si-SiO2界面的质量,又解决了生长效率的问题。1、氧化剂

6、扩散穿过滞留层达到SiO2-气体界面，其流密度为F1。F1=F2=F3F3=KSNiDeal-Grove.热氧化模型hG为气相质量转移系数；KS为氧化剂与Si反应的界面化学反应常数。F1=hG（NG-NS）为氧化剂在SiO2中的扩散系数;采用准静态近似（即所有反应物立即达到稳态条件），则：热氧化生长动力学一、热氧化过程２、氧化剂扩散穿过SiO2层达到SiO2-Si界面，流密度为F2。３、氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO2，流密度为F3。根据Henry定律，在平衡条件下，固体中某种物质的浓度正比于其周围气体中的分压，则SiO2表面处的氧化剂浓度NS′：NS′=HPSH为Henry定律常数

7、。平衡条件下，SiO2中氧化剂的平衡浓度N*与气体中氧化剂分压PG关系：N*=HPG由理想气体定律：将上述四式代入:得:F1=h(N*-NS′)F1=hG（NG-NS）其中:图4.1硅的热氧化模型再由F1=F2=F3得:h(N*-NS′)=KSNi得1）DSiO2<>KSX0SiO2的生长速度由Si表面的化学反应速度决定，称为反应控制。氧化的两种极限下，氧化层中氧化剂的分布示意图SiO2的生长速