半导体制造工艺_03硅的氧化.pptx

第三章 硅的 氧化;二氧化硅是上帝赐给IC的材料。;Introduction;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 作为集成电路的隔离介质材料 作为电容器的绝缘介质材料 作为多层金属互连层之间的介质材料 作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料 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;2.1.1 SiO2的结构;结晶形SiO2的结构;无定形SiO2的结构;SiO2结构在制备工艺中的应用;2.1.2 SiO2的主要性质（1）;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;2.2 SiO2的掩蔽作用;杂质在SiO2中的存在形式;杂质在SiO2中的存在形式;2.2.2 杂质在SiO2中的扩散系数（1）;杂质在SiO2中的扩散系数（2）;2.2.3 掩蔽层厚度的确定（1）;掩蔽层厚度的确定（2）;图2.5 各种温度下能掩蔽磷和硼所需SiO2厚度与杂质在硅中达到扩散深度所需时间的关系;SiO2掩蔽P的扩散过程;2.3 硅的热氧化生长动力学; 每生长一单位厚度的 SiO2，将消耗约0.45单位厚度的硅（台阶覆盖性） SiO2 中所含Si的原子密度 CSiO2=2.2×1022/cm3 Si 晶体中的原子密度 CSi =5.0×1022/cm3; 厚度为 ，面积为一平方厘米的SiO2体内所含的Si原子数为 ，而这个数值应该与转变为SiO2中的硅原子数 相等，即;热氧化法;干氧氧化;干氧氧化;Si表面无SiO2，则氧化剂与Si反应，生成SiO2 ，生长速率由表面化学反应的快慢决定。 生成一定厚度的SiO2 层，氧化剂必须以扩散方式运动到Si-SiO2 界面，再与硅反应生成SiO2 ，即生长速率为扩散控制。 干氧氧化时，厚度超过40 ? 湿氧氧化时，厚度超过1000 ? 则生长过程由表面化学反应控制转为扩散控制;水汽氧化;湿氧氧化;进行干氧和湿氧氧化的氧化炉示意图;热氧化法;热氧化生长动力学（1）;令C1为氧化层单位体积所含氧化剂分子数;热氧化生长速率（2）;SiO2生长快慢将由氧化剂在SiO2中的扩散速度以及与Si反应速度中较慢的一个因素所决定： 当氧化时间很长(Thick oxide)，即tτ和t A2/4B时，则SiO2的厚度和时间的关系简化为： （抛物型规律，扩散控制）;当氧化时间很短(thin oxide)，即（t +τ） A2/4B时，则SiO2的厚度和时间的关系简化为 （线性规律，反应控制） ;决定氧化速率常数的因素（2）;温度对B及B/A的影响;影响氧化速率的因素;影响氧化速率的因素（1）;影响氧化速率的因素（1）;影响氧化速率的因素（2）;杂质对氧化速度的影响 水汽（极少量的水汽就会极大增大氧化速率） 水汽含量1×10-6时，氧化700分钟，SiO2约为300 ? 水汽含量 25×10-6时，氧化700分钟， SiO2约为370 ? 钠 以氧化物形式进入，离化后增加非桥键氧数，线性和抛物型氧化速率明显增大;杂质对氧化速度的影响 氯（O2＋TCA/HCL/TCE） 钝化可动离子，尤其是钠离子，生成可挥发的金属氯化物 改善Si- SiO2 界面特性——氯进入Si- SiO2 界面，界面态密度减小，表面固定电荷密度减小 提高氧化速率 10～15％ 抑制层错 TCA（三氯乙烷）在高温下形成光气（COCl2），是一种剧毒物质；TCE （三氯乙烯）可能致癌；HCL腐蚀性极强; 掺有杂质的硅在热氧化过程中，靠近界面的硅中杂质，将在界面两边的硅和二氧化硅中发生再分布。其决定因素有： 杂质的分凝现象 杂质通过SiO2表面逸散 氧化速率的快慢 杂质在SiO2中的扩散速度;热氧化时杂质在界面上的再分布的诱因;k1，并且杂质在氧化物中扩散很慢。例如B，k=0.3 杂质在SiO2界面处浓度很高;k1，并且杂质在氧化物中扩散慢。例如 P，As，Sb杂质在硅界面处堆积;2.7 Si- SiO2 界面特性;可动离子电荷Qm（1）;预防措施 含氯的氧化工艺 用氯周期性的清洗管道、炉管和相关容器 使用超纯净的化学物质 保证气体及气体传输过程的清洁 用BPSG和PSG玻璃钝化可动离子 用等离子淀积Si3N4来封闭