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硅集成电路工艺基础 绪论： 单项工艺的分类： 图形转换：光刻、刻蚀 掺杂：扩散、离子注入 制膜：氧化、化学气相淀积、物理气相淀积 第2章 氧化 SiO2的作用： 1、在MOS电路中作为MOS器件的绝缘栅介质，作为器件的组成部分 2、作为集成电路的隔离介质材料 3、作为电容器的绝缘介质材料 4、作为多层金属互连层之间的介质材料 5、作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料 6、扩散时的掩蔽层，离子注入的(有时与光刻胶、Si3N4层一起使用)阻挡层 热氧化方法制备的SiO2是无定形 制备二氧化硅的方法：热分解淀积法、溅射法、真空蒸发法、阳极氧化法、化学气相淀积法、热氧化法； 热氧化法制备的SiO2具有很高的重复性和化学稳定性，其物理性质和化学性质不太受湿度和中等热处理温度的影响。 SiO2的主要性质： 密度：表征致密程度 折射率：表征光学性质 密度较大的SiO2具有较大的折射率 波长为5500A左右时， SiO2的折射率约为1.46 电阻率：与制备方法及所含杂质数量等因素有关，高温干氧氧化制备的电阻率达1016Ω· cm 介电强度：单位厚度的绝缘材料所能承受的击穿电压 大小与致密程度、均匀性、杂质含量有关一般为106~107V/cm（10－1~1V/nm） 介电常数：表征电容性能（SiO2的相对介电常数为3.9） 腐蚀：化学性质非常稳定，只与氢氟酸发生反应 还可与强碱缓慢反应 薄膜应力为压应力 晶体和无定形的区别：桥键氧和非桥键氧 桥联氧：与两个相邻的Si-O四面体中心的硅原子形成共价键的氧 非桥联氧：只与一个Si-O四面体中心的硅原子形成共价键的氧 非桥联氧越多，无定型的程度越大，无序程度越大，密度越小，折射率越小 无定形SiO2的强度：桥键氧数目与非桥键氧数目之比的函数 结晶态和无定形态区分——非桥联氧是否存在 杂质分类：网络形成者和网络改变者 网络形成者：可以替代SiO2网络中硅的杂质，即能代替Si－O四面体中心的硅、并能与氧形成网络的杂质 网络改变者：存在于SiO2网络间隙中的杂质 SiO2作为掩蔽层对硼、磷有效，对钠离子无效 B、P、As等常用杂质的扩散系数小， SiO2对这类杂质可以起掩蔽作用 Ga、某些碱金属（Na）的扩散系数大， SiO2对这类杂质就起不到掩蔽作用 Si热氧化生长SiO2的计算： 无定形SiO2的分子密度： 硅晶体的原子密度： 干氧、水汽和湿氧。实际生产采用干氧-湿氧-干氧的方式 1、干氧氧化 ①氧化剂：干燥氧气 ②反应温度：900~1200℃ 干氧氧化制备的SiO2的特点： ①结构致密、干燥、均匀性和重复性好 ②与光刻胶粘附性好，掩蔽能力强。 ③生长速度非常慢 干氧氧化的应用：MOS晶体管的栅氧化层 水汽氧化 反应条件： ①氧化剂：高纯水产生的蒸汽 ②反应温度：高温 水汽氧化制备的SiO2的特点： ①SiO2生长速率快 ②结构粗糙 3、湿氧氧化 反应条件： 氧化剂：高纯水（95 ℃左右）+氧气 特点： ①生长速率较高 ②SiO2结构略粗糙 4、三种氧化法比较 干氧氧化：结构致密但氧化速率极低 湿氧氧化：氧化速率高但结构略粗糙，制备厚二氧化硅薄膜 水汽氧化：结构粗糙——不可取 热氧化的过程（D-G模型） ①氧化剂从气体内部以扩散形式穿过附面层运动到气体—SiO2界面，其流密度用F1表示。流密度定义为单位时间通过单位面积的粒子数。 ②氧化剂以扩散方式穿过SiO2层（忽略漂移的影响），到达SiO2 －Si界面，其流密度用F2表示。 ③氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO2，其流密度用F3表示。 ④反应的副产物离开界面。 D-G模型适用氧化层厚度：30nm 热氧化存在两种极限情况 当氧化剂在SiO2中的扩散系数很小时，则，。在这种极限情况下，SiO2的生长速率主要由氧化剂在SiO2中的扩散速度所决定，故称这种极限情况为扩散控制。 当氧化剂在SiO2中的扩散系数很大，则。在这种极限情况下，SiO2生长速率由Si表面的化学反应速度控制，故称这种极限情况为反应控制。 决定氧化速率常数的因素：氧化剂分压、氧化温度 1、氧化剂分压 通过对 产生影响，与成正比关系 氧化温度 温度对抛物型速率常数的影响是通过影响产生的， 温度对线性速率常数的影响是通过影响产生的 分凝系数，图2.21 分凝系数：掺有杂质的硅在热氧化过程中，在Si—SiO2界面上的平衡杂质浓度之比 （a）当，在SiO2中是慢扩散的杂质，也就是说在分凝过程中杂质通过SiO2表面损失的很少，硼就属