集成电路制造技术——原理与工艺(第3版)课件 第3章 热氧化.pptx

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集成电路制造技术集成电路制造技术JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU ——原理与工艺 氧化与掺杂JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU 热氧化扩散离子注入 热氧化第3章 热氧化JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU 3.1 二氧化硅薄膜概述3.2 硅的热氧化3.3 初始氧化阶段及薄氧化层制备3.4 热氧化过程中杂质再分布3.5 氧化层的质量及检测3.6 热氧化技术及其工艺展望目 录CONTENTS 二氧化硅薄膜概述二氧化硅结构桥联氧非桥联氧非晶SiO2石英SiO2结构单元 二氧化硅结构SiSiO2硅表面热氧化层TEM照片 二氧化硅薄膜概述 1二氧化硅的性质及用途性质石英晶体非晶SiO2薄膜注密度(g/cm3)2.22~2.2致密程度的标志。密度大表示致密程度高熔点 (℃)1732≈1500软化软化点与致密度、掺杂有关电阻率(Ω?cm)1016107~1015工艺温度越高电阻率越大介电常数3.9≈3.9介电强度(V/μm)1000100~1000与致密度折射率1.33~1.37腐蚀性与HF酸、强碱反应缓慢与致密度、掺杂有关 二氧化硅主要性质 二氧化硅薄膜概述 1二氧化硅的性质及用途 二氧化硅薄膜的用途SiO2掺杂掩蔽膜芯片的钝化与保护膜电隔离膜元器件的组成部分 二氧化硅薄膜概述 2二氧化硅薄膜中的杂质Na2O+ ≡Si-O-Si≡ → 2Na++ ≡Si-O- + O--Si≡ H2O+ ≡Si-O-Si≡ → ≡Si-OH + HO-Si≡ P2O5+ ≡Si-O-Si≡ → ≡P+-O-P+≡+2O--Si≡磷硅玻璃(PSG) 二氧化硅薄膜概述 3杂质在SiO2中的扩散指单位浓度的杂质,在单位时间内扩散通过单位面积的量。 它的单位是m2/s。钠离子等碱金属离子,即使在很低温度下,也能迅速扩散到整个SiO2层中。 二氧化硅薄膜概述 4SiO2的掩蔽作用硅表面的氧化层作为掩膜时:掩蔽条件:DSiDSiO2氧化层的最小厚度:XjXSiO2CsCI 二氧化硅薄膜概述 集成电路制造技术集成电路制造技术JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU ——原理与工艺 热氧化第3章 热氧化JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU 3.1 二氧化硅薄膜概述3.2 硅的热氧化3.3 初始氧化阶段及薄氧化层制备3.4 热氧化过程中杂质再分布3.5 氧化层的质量及检测3.6 热氧化技术及其工艺展望目 录CONTENTS 硅的热氧化1 热氧化工艺氧化示意图卧式氧化炉立式氧化炉 1热氧化工艺 三种热氧化工艺方法干氧氧化:Si+O2 → SiO2氧化层结构致密,掩蔽能力强,表面干燥是Si-O结构,适合光刻;但是,生长速率慢,不适合生长厚氧化层。湿氧氧化:Si+H2O(O2) → SiO2+H2O水汽氧化:Si+(H2+O2 ) → SiO2+H2与干氧氧化相比,氧化层致密度较低,结构疏松,薄膜表面是硅烷醇结构,易吸附水,后续的光刻困难。氧化层的生长速率和质量介于干氧和水汽两种方式之间。 硅的热氧化 三种热氧化方法的比较 氧化方式氧化温度(℃)生长速率常数(?m2/min)生长0.5μmSiO2所需时间(min)SiO2的密度(g/mm)介电强度(106V/cm)注干氧10001.48×10-4180022×10-43602.15湿氧100038.5×10-4632.21水浴温度95℃1200117.5×10-4222.12水汽100043.5×10-4582.086.8~9水汽发生器水温102℃1200133×10-4182.05 硅的热氧化 1热氧化工艺 工艺的应用掩膜氧化(厚氧化层)干氧-湿氧-干氧薄层氧化(MOS栅氧化层)干氧 掺氯氧化SiSiO2 硅的热氧化 工艺举例制备约0.6μm氧化层作为扩散掺杂掩膜工艺条件:3吋硅片,干氧10min-湿氧50min(水温98℃)-干氧15min,温度:1180℃,氧气流量:1L/min。工艺流程:洗片→升温→生长→取片洗片:湿法清洗干净、烘干备用。升温:设定氧化炉的工艺条件,硅片装炉,开机升温。生长:设定氧化炉自动进行干氧湿氧切换,完成氧化层生长。取片:将氧化好的硅片取出,停气、停炉。 硅的热氧化 2热氧化机理硅常温下暴露在空气中的表面:Si +O2 → SiO2Si + H2O(O2) → SiO2 + H2O表面的氧化膜逐渐增厚到40?左右就停止了高温下,氧或水分子扩散到达氧化层/硅界面,与硅发生反应生成二氧化硅,氧化膜继续增厚 硅的热氧化 2热氧化机理SiSiSiO2氧化 dSidSiO2生长1μ

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