第二章+氧化78.ppt

集成电路制造技术Manufacturing Technology of IC School of Microelectronics Xidian University 2012.9 第二章 氧化 作用： a.杂质扩散掩蔽膜(选择、定域扩散)； b.器件表面保护或钝化膜，可靠性，稳定性； c. MOS电容的介质材料； d. MOSFET的绝缘栅材料； e. 电路隔离介质或绝缘介质； f. 固-固扩散源(硅化物，乳胶源)，载体； g. 淀积Si3N4，中间应力过渡； h. 腐蚀掩膜(等离子刻蚀氢化硅)； 制备：热氧化；热分解淀积；外延；阳极氧化；溅射法。 热氧化：SiO2质量好，掩蔽能力强。 氧化及热处理 2.1 SiO2的结构与性质 2.1 SiO2的结构与性质 2.1.1. 结构 ①结晶形结构：如石英晶体(水晶)，密度＝2.65g/cm3 ②无定形(非晶形)结构：由无规则排列的Si-O4 四面体组成的三维网络结构，如SiO2薄膜， 密度＝2.15-2.25g/cm3 结构特点：短程有序(10-100?)，长程无序； Si-O4四面体:在顶角处通过氧O相互联结,构成三维网络结构。 Si-O-Si 夹角143°±17° Si-O 0.162nm O-O 0.265nm Si-Si 0.30 nm l l －Si－O－Si－ l l 2.1 SiO2的结构与性质 桥键(联)氧原子：为两个Si原子共用，多数； 非桥键(联)氧原子：只与一个Si原子联结，少数； 本征无定形SiO2 ：网络中只有Si,O两种元素 非本征SiO2 ：引入杂质 无定形SiO2网络强度： 与桥键氧数目成正比，与非桥键氧数目成反比。 Si空位相对(O空位)困难：Si与4个O形成4个共价键，O最多形成2个共价键；Si在SiO2中扩散系数比O小几个数量级。 O、H2O穿过SiO2扩散到达Si表面反应。 2.1 SiO2的结构与性质 2.1.2 主要性质 ①密度：表征致密度，与制备方法有关。 ②折射率：表征光学性质的参数，与制备方法有关， 5500?下约为1.46。 ③电阻率：与制备方法及杂质数量有关,1015~1016Ω.cm干氧 ④介电强度：表征耐压能力，106 -107 V/cm ⑤介电常数：表征电容性能，C=ε0.εSiO2.S/d； εSiO2=3.9 ⑥熔点：无固定熔点，1700℃。不同制备方法，桥键O与非桥键数量比不同) ⑦线涨系数： 0.5×10-6/度(SiO2), 2.5×10-6/度(Si) 2.1 SiO2的结构与性质 ⑧腐蚀：只与HF强烈反应。 SiO2 + 4HF → SiF4 + 4H2O SiF4 + 2HF→H2(SiF6) 总反应式： SiO2 +6HF → H2(SiF6)+ 4H2O 腐蚀速率： 与HF的浓度、温度、 SiO2的质量(干氧、湿氧，杂质种类、含量)等有关。缓冲液 2.2 SiO2的掩蔽作用 2.2.1 杂质在SiO2中的存在形式 两类：网络形成剂(者)和网络调节剂(改变者) 1.网络形成剂：替位式杂质，取代Si，如B、P、Sb、Al特点:离子半径与Si接近。 Ⅲ族：价电子为3，只与3个O形成共价键，剩余1个O变成非桥键氧，网络强度↓。 Ⅴ族：价电子为5，与4个O形成共价键，多余1个价电子与非桥键氧形成桥键氧，网络强度↑。 2.2 SiO2的掩蔽作用 2.网络调节剂：间隙式杂质，如Na、K、Pb、Ca、Ba、Al等。 特点:离子半径较大，以氧化物形式掺入，使非桥键氧增加，网络强度↓ 。 NaO + Si-O-Si → Si-O- +-O-Si + Na+ H2O + Si-O-Si → Si-OH + HO-Si 2.2 SiO2的掩蔽作用 2.2.2 杂质在SiO2中的扩散系数 选择扩散：杂质在SiO2的扩散速度远小于在Si中的扩散速度。 扩散系数: DSiO2=D0exp(-ΔE/kT)