第三章,热氧化.ppt

第3章 薄膜技术 1 外延(epitaxy）** 2 热氧化(oxidation)** 3 化学气相淀积*（CVD） 4 物理气相淀积*（PVD） 3.2 热生长二氧化硅膜 二氧化硅的结构和性质 氧化系统简介与热氧化膜的制备方法 热氧化膜的生长动力学原理* * 薄/厚膜氧化层的制备 硅的局部氧化（选择性氧化） 二氧化硅的掩蔽作用* 氧化工艺的设计* 氧化层错与氧化层质量检测 3.2.1 二氧化硅的结构和性质 3.2.6 二氧化硅的掩蔽作用 已知CS及xj 确定扩散的温度T,时间t 确定掩蔽膜的种类和最小厚度xomin 确定掩蔽膜生长的工艺方法及步骤 选择干-湿-干氧化对应的温度和时间 根据预定温度和时间计算膜厚 验证膜厚是否满足要求，修正?确定方案 计算顺序： 请记录 3.2.8 氧化层错与氧化层质量检测 氧化层错：硅片经过热氧化过程，在硅中特别是在硅表面附近产生的一种层错缺陷。 产生原因：由于晶体中过剩间隙硅原子凝聚而演变成的弗朗克不全位错。 表面型：由1/3弗朗克不全位错围成的非本征层错。 体内型：圆形或以111为边界的六边形。 分类：表面型和体内型 1.对硅片表面进行精磨细抛、减少沾污、保留适当的位错； 2.在硅片背面用离子注入、喷砂、淀积氮化硅等方法引入弹性应变。 3.用高浓度的P、B扩散引入失配位错等作为点缺陷和杂质吸收源； 4.掺氯氧化对硅中间隙氧有吸收作用，既可减少成核中心，又可抑制其长大。 5.采用高压水汽氧化，由于其温度低、时间短，便于减小氧化层错。 6.取(111)硅片或让(100)衬底朝[111]方向偏离[100]向3～5°。 氧化层错的检测： 减少氧化层错的措施： 用化学腐蚀显示法观察到的样品表面腐蚀图形。可见，层错图案呈火柴棍形，两端颜色较深的为不全位错。 氧化层质量检测 在高亮的紫外线下对每片晶园进行检测，包括表面颗粒、不规则度、污点都会在紫外线下显现。 表面检测 C-V法检测 界面电荷 1.化学腐蚀法(利用腐蚀液对Si和SiO2腐蚀速度不同,根据硅表面出现腐蚀坑的数目来确定针孔数目) 2、电学写真法(利用联苯胺的盐酸溶液在电化学作用后由无色液体变为兰色产物，指示针孔所在) 3、液晶探测法。 针孔检测 1.比色法（xo1.6?m）； 2.干涉法（劈尖干涉法、光干涉显微镜、椭圆偏振光法） 3.高频C-V法：xo=?0?Sio2A/Cmax 氧化层 厚度 常用测量方法 参数内容 1. 比色法： 根据样品表面的颜色可判断氧化层的厚度 特点：1.简单、方便。 2. 干涉法： 将硅片部分用蜡保护，再利用HF腐蚀氧化层，然后用有机溶剂(甲苯)去蜡，就会出现如图示的SiO2斜坡。 ?—入射的单色光的波长； n—SiO2的折射率为1.5； N—干涉条纹数。 用已知波长的单色光束垂直的照射在斜坡上，由于SiO2膜是透明的，因此，入射光束在SiO2表面和SiO2-Si界面处反射，其反射光将产生干涉，于是在显微镜下即可看到干涉条纹，并可从下列的公式求出膜SiO2的厚度。 氧化部分小结： End 请记录 1、二氧化硅网络结构的氧原子(2种)和杂质(2种) ； 2、实际中采用的二氧化硅膜的制备方法； 3、干氧生长二氧化硅的氧化机理； 4、影响氧化生长的因素(6种)； 5、干氧氧化时的离解效应； 6、局部氧化与鸟嘴效应； 7、热生长二氧化硅膜厚度的计算； 8、最小掩蔽膜厚度的计算； 9、氧化工艺的设计； 10、氧化过程中产生的结构缺陷——氧化层错。 参考《半导体制造技术》韩郑生等译，电子工业出版社，2004年 SiO2结构分类(按晶体结构来分)：结晶形和无定形结构 从较大的范围看，原子的排列是混乱的，无规则的，结构不均匀； 从较小的范围看，原子的排列并非完全混乱，而是由硅—氧四面体(Si位于中心)组成的三维网络，彼此依靠公用顶角的氧原子而联结(如图1)。 P以P2O5形式加入到SiO2中，多余的氧原子或者转移到P原子的一个，呈非桥联氧，或者交给网络，使其中一部分桥联氧变为非桥联氧。 于是网络的结构变得更加疏松。 对干氧氧化，当 xo30nm 时，Deal-Grove模型不正确，不能用前述的方法来计算。 生成厚度为zox的氧化层大约需要消耗的0.445zox硅层。或消耗的zox硅层可生成厚度大约为2.25zox的氧化层. A、随衬底掺杂浓度增加CB↑→ Si-SiO2界面硅空位数目↑→ 需要氧化的硅原子数目减小→ ks↑→ 氧化速度增大。 B、掺杂的杂质种类不同，对xo的影响不同。对硼（m1）, 会使氧化层厚度随CB而减小；主要因为BSG的键结构增强，导致扩散和反应都减弱。高、低温下都与随CB而减薄。对磷(m1), 氧化层厚度随NB而变化不同。磷主要滞留在界面处，