半导体器件-半导体工艺-氧化-2学时教学课件.ppt

半导体工艺简介 10nm(10-6cm) 半导体工艺尺寸 粗头发 100?m（10-2cm） 10-3cm(10 ?m) 1000倍 10万倍（105倍） 0.1cm 1000cm(10m) 10cm 灰尘颗粒的直径一般在10-3cm(10?m) 室内环境：要求很严，恒温、恒湿、气流 洁净度等级 中国国家标准 GB50073-2001（国际标准ISO14644-1） 美国联邦标准209E 洁净度等级 环境 级别 最大颗粒尺寸（?m） 甚大规模集成电路生产车间(107~109) 1 0.1 超大规模集成电路生产车间(105~107) 10 0.3 封装区域 1000~10000 0.5 住房 100 000 室外 500 000 硅——热氧化 什么是硅的热氧化？What？ 氧化(oxidation)： 狭义地，氧元素与其他的物质元素发生的化学反应，称其为氧化。 广义地，指物质失电子（氧化数升高）的过程。 硅的热氧化：在一定温度下，硅发生化学反应形成SiO2过程。 清洗工艺 二氧化硅层的用途 1、表面钝化 2、掺杂阻挡层 3、表面绝缘体 4、器件绝缘体 为什么对硅进行氧化？Why？ 怎样进行氧化？How？ /AMuseum/ic/index_04_06_03_02.html 1、氧化反应过程；控制机制 2、氧化厚度与哪些因素有关？ 3、氧化质量？均匀性，厚度，绝缘性 任选一种氧化设备，制备1000nm厚的氧化层，在氧化前后你会关注哪些问题？ O2 O2 O2 100nm Tox ? t 线性阶段 Original Si 100nm Tox ? (t)1/2 抛物线阶段 干氧热氧化的控制机制 受限反应，受限扩散反应 Si (S) + O2 (V) — SiO2 (S) 氧气流量充足 高温 Dry Oxidation Si (S) + O2 (V) — SiO2 (S) Wet Oxidation（stream Oxidation） Si (S) + H2 O (V)— SiO2 (S) + H2 (V) 氧化率的影响 900-1200oC 900-1200oC 1、氧化源： 干氧 湿氧(发泡、干法) Cl参入氧化 干氧氧化 优点：结构致密、均匀性和重复性好、与光刻胶黏附好且应力小。 缺点：生长温度高、生长速度慢。 氧化率的影响 2、高压氧化 在实际的工艺过程中增加氧化剂分压来提高氧化速率，或者降低氧化温度而保持同样的氧化速率都是经常采用方法。 优点：有利于降低材料中的位错缺陷。 缺点：在利用高压氧化时要注意安全问题和高压系统带来的污染问题。 常压 高压 3、掺杂物 氧化率：高掺杂 低掺杂 n型掺杂物：P、As、Sb p型掺杂物：B 4、多晶硅 与单晶硅相比氧化率更快 氧化率的影响 实际工艺中由于各个部分材料不同，造成氧化层厚度不均匀，出现台阶。 5、温度 6、晶向 氧化质量评估 氧化后要对氧化质量进行评估，因为有些检测是破坏性的，所以在把一批晶园送入炉管的同时，在不同位置放置一定数量的专门用来测试的样片。 一般情况下主要包括表面检测和厚度检测 表面检测 通常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。 厚度检测 对厚度的检测非常重要，因为不同的器件或者不同目的要求，比如，MOS栅极氧化层的厚度要求就很严格。检测的技术包括：颜色比较、边沿记数、干涉、椭偏仪及电子扫描显微镜等。 知识点： 1、在硅工艺中，SiO2的用途或作用。 2、干氧氧化的控制机制。 3、影响热氧化速率或厚度的因素。 4、会描述曲线图。