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超大规模集成电路工艺技术 高林 微电子学与固体电子学  其他常用氧化 (1).掺氯氧化 一种新的热氧化技术，即在用于热氧化的干氧中填加少量 ( 1% ~ 3% ) 卤素，而其中最普遍使用的卤素就是氯.这种氧化方式是在硅与氧气氧化的同时，将氯结合到氧化层中并集中分布在Si-SiO2界面附近，故称之为掺氯氧化。 (2).氢氧合成氧化 氢氧合成水----汽化===水汽氧化 比湿氧优,均匀/重复性好 (3)低温氧化: 缺陷少,（1000℃以下）但钝化效果差---加1100℃N2退火 (4).高压氧化： 指高压水汽氧化，高密度、高折射率低腐蚀速率，杂质分凝效应小。 2.4 决定氧化速率常数和影响氧化速率的各种因素 一、决定氧化速率的各种因素 1.氧化时间 氧化时间短时，氧化速率与时间呈线性，氧化速率很快，且由表面化学反应控制，氧化层厚度增加快； 随着时间的增长，氧化速率与时间成抛物线关系，氧化速率变慢，改为由扩散控制，即氧化层加厚的速度变慢。 2.氧化剂分压： 抛物线型速率常数B以及线性速率常数B/A与氧化剂分压都是线性关系，所以在一定的氧化条件下，通过改变氧化剂分压可以达到改变二氧化硅生长速率的目的，即所谓的高压氧化和低压氧化技术。 3.?氧化温度： B与B/A与温度成指数关系，且在一个大气压下B/A的值由表面化学反应来决定，即由表面化学反应快慢决定氧化速率。只有低压情况氧化速率才由扩散控制。 注： B/A为线性速率常数 B为抛物线速率常数 二、影响氧化速率的其他因素 1.硅表面晶向 在氧化剂压力一定的情况下，B与硅衬底晶向无关，而（111）面上的B/A比（100）面上的大。随着氧化温度升高，晶向对B/A影响减小，因为在高温下氧化速率受B即扩散控制；同样当氧化时间很长，氧化层很厚时，氧化速率受B即扩散控制，因此晶面取向对B/A也不起作用。 2.杂质 （1）硅衬底中掺杂P，B对氧化速率的影响 掺杂浓度增加氧化速率增大， 因此在氧化过程中，同一硅片表面上的重区域的氧化层厚度可能比轻掺杂区域的大很多。 （2）水汽，钠 加快氧化速率，使得相同条件下生成的氧化层厚度变大。 （3）氯 在氧化气氛中加入氯可以改善二氧化硅的特性。 气体中扩散 固体中扩散 SiO2 形成 SiO2 Si衬底 气流滞流层 氧化剂流动方向 (如 O2或 H2O） * * 热氧化过程中，氧化层的增厚包括三个过程： 氧化剂从气体内部以扩散形式输运到气体-氧化层界面 氧化剂以扩散穿过已生成的氧化层，抵达SiO2-Si界面； 氧化剂在硅—氧化硅界面发生氧化反应； SiO2的生长动力学过程 2.3.2 SiO2的生长动力学过程 硅的热氧化模型— Deal-Grove Model Deal-Grove 氧化模型（线性－抛物线模型 linear-parabolic model），是可以用固体理论解释的一维平面生长氧化硅的模型，是用来预测氧化层厚度的热动力学模型。 * * 适用于： 氧化温度700～1200 oC； 局部压强0.1~25个大气压； 氧化层厚度为20～2000 nm的水汽和干法氧化 * F1：气体输运流量 F2：通过SiO2的扩散流量 F3：在界面处的反应流量 F: number/(cm2-s) C：number/cm3 CG：气相区氧化剂浓度； CS：氧化物外表面氧化剂浓度； CO：氧化物内表面氧化剂浓度； CI：氧化物生长界面氧化剂浓度 Deal-Grove热氧化模型 * SiO2 CG CS F1 F2 Si Ci F3 自由流体(气体) 附面层 PS, PG, CO 第一个过程： 从外部气体到气体—氧化层界面的过程： 如果氧气流过硅片表面，则表面附近将存在界面层。在这个界面层区中的气体流速，将从界面层对面的总气体中的气体流速，变化到硅片表面处的零。 * * 第二个过程： 扩散穿过氧化层到达SiO2-Si界面的过程： 　 分子氧扩散穿过已生长的氧化膜，此时气体环境起氧源作用，而反应表面起氧漏的作用，则建立了驱动扩散所需的浓度梯度。 * * 第三个过程： 氧化剂在Si-SiO2界面发生反应的过程： 　 反应流密度F3取决于氧与硅的化学反应速率，而反应速率取决于化学反应动力学。但由于界面上有丰富的硅供应，则流密度和反应速率成正比； * * 氧化生长速率的物理意义 　氧化生长速率　　　　　 是用于描述氧化 　 当氧化剂的量足够时，SiO2生长的快慢最 终由氧化剂在SiO2中的扩散速度和它与Si的反 应速度中较慢的一个所决定