第三章氧化案例.ppt

第三章 氧化;净化的三个层次：环境、硅片清洗、吸杂;SiO2与Si之间完美的界面特性是成就硅时代的主要原因;TEM照片——单晶硅表面热氧化所得非晶二氧化硅薄膜;SiO2在IC中的应用;0.8 nm栅氧化层;SiO2的特性; 可以方便地利用光刻和刻蚀实现图形转移 可以作为多数杂质掺杂的掩蔽 (B, P, As, Sb) 优秀的绝缘性能 (? 1016 ?cm, Eg9 eV) 很高的击穿电场 (107 V/cm) 体电学性能稳定 稳定、可重复制造的Si/ SiO2界面;SiO2的结构;非桥联氧;热氧化生长，水存在的情况：Si:O:Si Si:O:H+ H:O:Si 掺杂杂质：取代Si的位置， 网络形成者（B，P） 占据间隙位置，网络改变者 金属原子Na, K）;不同方法制作的SiO2的性质对比（定性）;氧化反应方程式（Overall reaction）;氧化生长 ——消耗硅;LOCOS中，氧化硅的体积为所消耗的硅体积的2.2倍;例题;SiO2生长动力学;Deal－Grove(迪尔-格洛夫)模型－硅的热氧化模型;Deal-Grove 模型;F1：从气相区到硅片氧化层表面的氧分子流密度;F3：通过Si/SiO2界面产生化学反应的氧分子流密度;在稳态条件下，应有;热氧化的生长速率;以上方程的通解为： ;两种极限情况再讨论;（二）当氧化时间很短，即（t+τ）? A2/4B，则SiO2的厚度与时间的关系可以简化为;为了讨论方便，上式改写为;Slope=1;实验法提取B和B/A的值;;第三章 氧化;D-G模型的计算值： 干O2气氛中的热氧化;D-G模型的计算值：H2O气氛中的热氧化;D－G模型小结;对于超薄热干氧化，G-D模型无法准确描述，实验表明在20 nm之内的热氧化生长速度和厚度比G-D模型大的多。;Model of Massoud et al：;影响氧化速率的因素;实验表明：对于和H2O氧化，氧化硅生长速率正比于PG，而O2的氧化无法完全用线性关系描述。;氧化温度的影响;线性速率常数B/A与温度的关系如图2.14所示，对于干氧氧化和湿氧氧化都是指数关系，激活能分别为2eV和1.96eV，其值接近Si-Si健断裂所需的1.83eV的能量值，说明支配线性速率常数B/Ade 主要引述是化学反应常数ks， ks与温度的关系为： 。 ;晶向对氧化速率的影响;衬底取向对氧化速率影响的原因;（100）Si，in H2O at 900 ?C for 30 min;掺杂对氧化速率的影响;; 杂质在界面的再分布影响氧化作用。重掺磷的硅可以观察到氧化速率增大现象。当掺磷的硅被氧化时，在分凝过程中，只有少量的磷被分凝到SiO2中，因而抛物型速率常数只表现出适度的增加，这是因为分凝进入SiO2中的磷量很少，氧化剂在SiO2中的扩散能力增加不大。大部分磷因分凝而集中在靠近硅表面的硅中，结果使线性氧化速率常数明显大。 如果掺杂元素分凝进氧化硅中并且保留在那里(这是在氧化气氛中掺硼的情况)，则在氧化硅中的价键是薄弱的，这种薄弱结构使氧化剂容易结合进氧化层，并使氧化剂穿过氧化层的扩散率增加，因此增加了氧化速率。分凝进氧化硅但又快速穿过氧化硅的杂质(例如铝、镓和铟)存在与轻掺杂同样的氧化机理。从上述讨论可以看到，在扩散控制占优势的地方，氧化动力学增强是必然的。 ;掺氯对氧化速率的影响;;初始氧化阶段;D-G模型的修正方程;对于修正的解释;薄氧化层的生长技术;热氧化过程中的杂质再分布;杂质再分布;杂质再分布;杂质再分布;§2.5.2 杂质再分布对Si表面浓度的影响;均匀掺杂B的硅片，经无缠在干氧和水汽氧化后，硅表面浓度Cs与硅内浓度Cs之比随氧化温度变化关系如图2.23所示，硼的分凝系数为0.3。由图可知在相同的温度下，快速水汽氧化引起的在分布程度高于干氧氧化，即水汽氧化CB/Cs值小于干氧氧化。同样可以看到，不论是水汽氧化，还是干氧氧化， Cs/CB值都随温度的升高而变大，这是因为温度升高扩散速度也随之提高，从而加快了补偿表面杂质的损耗。;氧化层及氧化界面的特性;掩蔽厚度的确定;Si-SiO2的界面特性;可动离子电荷Qm;界面陷阱电荷Qit;固定氧化层电荷Qf;氧化层陷阱电荷Qm;氧化技术和氧化系统;干氧、湿氧、HCl干氧氧化; 硅的高压水汽氧化特别引人注目，因为与在高温常压氧化条件下相类似的时间内用高压水汽氧化可以在较低的温度下生长热氧化层。在低温氧化下，前面工序扩散进的杂质的再散可以减到最小。低温加工也位横向扩散减到最小，这对越来越小的器件尺寸来说