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第二章氧化78,过氧化氢,二氧化钛,氧化还原反应,氧化锆,氢氧化钙,氧化锌,活性氧化铝,一氧化碳,氧化镁
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)
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