第4章：氧化.ppt

氧化模型(D-G Model)的两种极限情况 Very short Time: Longer Time: or * * 硅的线性氧化(Linear Regimes) 当氧化层足够薄时，可忽略D－G模型中的二次项，则： 其中：B/A称为线性速率常数，它与反应速率常数Ks成正比。 　 即：氧化层厚度与氧化时间成线性关系(正比)，称为硅的线性氧化，有： * * 硅的抛物线氧化(Parabolic Regimes) 当氧化层足够厚时，可忽略D－G模型中x的一次 项，则： 　 即：氧化层厚度与氧化时间的平方根成正比，称为硅的抛物线氧化。　 　 其中：B称为抛物线速率常数　　　　 ，与扩散 系数成正比。 * * 抛物线阶段的氧化速率要比线性阶段的慢得多，即厚氧化层的生长比薄氧化层的生长需要更多的时间。 * B ＝2DC*/N1——抛物线速率常数，表示氧化剂扩散流F2的贡献 式中 薄氧化硅时，线性速率常数B/A； 两种极限情况 厚氧化硅时，抛物线速率常数B x0 t τ 线性氧化模型 vs. 抛物线氧化模型 B/A ?C*ks/N1——线性速率常数，表示界面反应流F3的贡献 * * Deal-Grove 模型的两种极限情况 氧化层厚度 氧化時间 线性生長区域 B A X = t 扩散限制区域 X = ? B t 氧化层厚度及主要用途 　硅器件中的氧化层厚度的变化范围很大： ( ) 应 用 60 ~ 100 沟道栅极（栅氧） 150 ~ 500 栅极氧化、电容绝缘层 200 ~ 500 LOCOS氧化 2000 ~ 5000 掩膜氧化、表面钝化 3000 ~ 10 000 场氧 * * 常规氧化程序曲线 温度 时间 850oC 850oC 20oC/min 5oC/min 1000oC O2+HCl 30 min N2 30 min N2 N2 N2 干氧氧化 温度 时间 850oC 850oC 20oC/min 5oC/min 1100oC O2 20 min O2+H2 60 min N2 N2 O2+HCl 20 min 湿氧氧化 N2 N2 20 min SiO2层的质量检查 氧化层表面缺陷的检查 目检和使用100倍～500倍的显微镜检查 氧化层厚度及其均匀性的测量 利用光学干涉原理使用膜厚仪、椭偏仪等仪器测量 氧化层固定离子电荷和可动离子电荷的测量 使用C－V测试仪检测 ■ SiO2 层颜色与厚度的关系 ■ SiO2 与Si的目检：颜色、亲疏水性 ■ 膜厚仪（干涉法） 硅 氧化硅 入射光（λ） 出射光 ■ 椭偏仪 - 测量薄膜厚度非常精确 - 原理类似膜厚仪，只是测量的是反射光平行 和垂直方向偏振强度的变化 ■ 台阶仪 - 需要刻蚀掉部分薄膜才能测量 - 竖直方向台阶测量非常精确 4.3 SiO2结构、性质和用途 集成电路SiO2的原子结构： 属于非晶体、无定形结构，Si-O 四面体在空 间无规则排列。 物理性质 Si SiO2 比重（g/cm3） 2.23 2.20 禁带宽度（eV） 1.12 ~ 8 相对介电常数 11.7 3.9 熔点（℃） 1414 1700 热导（W/cm.k） 1.5 0.01 击穿场强（V/cm） 3 × 105 6 × 106 ■ SiO2的物理性质 SiO2的化学性质 SiO2 的化学性质非常稳定，仅被 HF 酸腐蚀 SiO2在集成电路中的用途 1. 栅氧层：做MOS结构的电介质层（热生长） 2. 场氧层：限制带电载流子的场区隔离（热生长或沉积） 3. 保护层：保护器件以免划伤和离子沾污（热生长） 4. 注入阻挡层：局部离子注入掺杂时，阻挡注入掺杂 （热生长） 5. 垫氧层：减小氮化硅与硅之间应力（热生长） 6. 注入缓冲层：减小离子注入损伤及沟道效应（热生长） 7. 层间介质：用于导电金属之间的绝缘（沉积） 1. 栅氧层： 热生长方法形成（干法） 2. 场氧层 STI（Shallow Trench Isolation） 用CVD方法形成 厚度2500-15000 ? 2. 场氧层 LOCOS隔离 用热生长法形成（干法-湿法-干法掺氯） 厚度2500-15000 ? 3. 保护层： 保护有源器件和硅表面免受后续工艺的影响 用热生长法形成 4. 注入阻挡层：