第三讲氧化ppt课件.pptxVIP

氧化;氧化膜的用途;半导体应用;氧化生长方式;氧化工艺

干氧氧气直接通向高温氧化炉与硅反应，特点是氧化速率小，氧化层致密，非常适合MOS器件中栅极氧化中低于0.1微米的薄氧化层的生长。

湿氧先让氧气通过气泡发生器，使氧中携带一定量的水汽（水汽含量一般由水浴温度和气源压力决定）。;SiO2-Si界面

从单晶硅到无定形SiO2间的SiO2/Si界面上存在突变。我们知道，在SiO2分之中，每个硅原子和四个氧原子键合，每个氧原子和2个硅原子键合，但在SiO2/Si界面上有些硅原子并没有和氧原子键合（见下图）。距SiO2/Si界面2nm以内的硅不完全氧化是带正电荷的固定氧化物电荷区。界面处积累的其他一些电荷包括界面陷阱电荷、可移动氧化物电荷。前者由结构缺陷、氧化诱生缺陷或者金属杂质引起的正的或负的电荷组成，后者是由于可动离子沾污引起的，在远离界面的氧化物体内，也可能有正的或负的电荷氧化物陷阱电荷。对于器件的正常工作，界面处的电荷堆积是不受欢迎的，它会导致MOS器件的开启电压值变得无法接受，通过在氢气或氢－氮混合气体中低温（450℃）退火可以减少这种不可接受的电荷。;从单晶硅到无定形SiO2间的SiO2/Si界面上存在突变。我们知道，在SiO2分之中，每个硅原子和四个氧原子键合，每个氧原子和2个硅原子键合，但在SiO2/Si界面上有些硅原子并没有和氧原子键合。距SiO2/Si界面2nm以内的硅不完全氧化是带正电荷的固定氧化物电荷区。界面处积累的其他一些电荷包括界面陷阱电荷、可移动氧化物电荷。前者由结构缺陷、氧化诱生缺陷或者金属杂质引起的正的或负的电荷组成，后者是由于可动离子沾污引起的，在远离界面的氧化物体内，也可能有正的或负的电荷氧化物陷阱电荷。对于器件的正常工作，界面处的电荷堆积是不受欢迎的，它会导致MOS器件的开启电压值变得无法接受，通过在氢气或氢－氮混合气体中低温（450℃）退火可以减少这种不可接受的电荷。;氧化过程描述;;选择性氧化/局部氧化（LOCOS）

硅片上的选择性氧化区域是利用SiO2来实现对硅表面相邻器件间的电隔离。传统的.025μm工艺以上的器件隔离方法是硅的局部氧化。;在氧化时，当O2扩散穿???已生长的氧化物是，他是在各个方向上扩散的，纵向扩散的同时也横向扩散，这意味着在氮化物掩膜下有着轻微的侧面氧化生长。由于氧化层比消耗的硅更厚，所以在氮化物掩膜下的氧化生长将抬高氮化物的边沿。我们称之为“鸟嘴效应”。

;浅槽隔离（STI）

用于亚0.25μm工艺的选择性氧化的主要技术是浅槽隔离。STI技术中的主要绝缘材料是淀积氧化物。

;快速加热工艺主要是用在离子注入后的退火，目的是消除由于注入带来的晶格损伤和缺陷。;水平炉管反应炉

最早使用也一直延续至今。主要用在氧化、扩散、热处理及各

种淀积工艺中。

水平炉管反应炉

的截面图如下：

整个系统包含

反应室、温度

控制系统、反

应炉、气体柜

、清洗站、装

片站等;RTP时间/温度曲线如下;加热源（十字钨灯）在晶园的上面，这样晶园就可被快速加热。热辐射偶合进入晶园表面并以75℃～125℃的速度到达工艺温度，由于加热时间很短，晶园体内温度并未升温，这在传统的反应炉内是不可能实现的。用这个工艺进行离子注入后的退火，就意味着晶格破坏修复了，而掺入杂质的分布没有改变。

RTP技术不只是用在“退火工艺”，对于MOS栅极中薄的氧化层的生长是自然而然的选择，由于器件尺寸越来越小的趋势使得加在晶园上的每层的厚度越来越薄，厚度减少最显著的是栅极氧化层。先进的器件要求栅极厚度小于0.01微米。如此薄的氧化层对于普通的反应炉来说，是难以实现的。而RTP系统快速升温降温可以提供所需的控制能力;影响氧化速率的因素

晶格方向

因为不同晶向其原子密度不同，所以在相同的温度、氧化气压等条件下，原子密度大的晶面，氧化生长速率要大，而且在低温时的线性阶段更为明显。如图所示。;晶圆掺杂物的影响

掺杂元素和浓度对氧化生长速率都有影响。列如，高掺杂浓度的硅表面要比低掺杂浓度的硅表面氧化速率快。而且高掺杂浓度的硅表面上的氧化层比在其他层上生长的氧化层的密度低。

另一个对氧化生长速率有影响的是氧化完成后，硅中掺杂原子的分布。我们知道氧化时O2原子进入Si中与Si原子发生反应生成SiO2，问题是“在硅转化成二氧化硅的同时，掺杂原子发生了什么？”，答案取决与掺杂物的导电类型。N型掺杂物（P、As、Sb）他们在硅中比在二氧化硅中有更高的溶解度。当氧化层碰到它们时，这些杂质将进入硅中，在硅与二氧化硅之间，就象铲雪机推一个大雪堆一样，结果是，N型掺杂物在硅与二氧化硅之