第4章：氧化讲述

1、 银、铜、铁、铝等金属的自然氧化银、铜、铁、铝等金属的自然氧化氧化剂（氧分子或水分子）通过扩散到达氧化剂（氧分子或水分子）通过扩散到达Si与与Si02界面同界面同Si发发生反应，其过程如下：生反应，其过程如下：1、氧化剂扩散穿过滞留层达到、氧化剂扩散穿过滞留层达到SiO2 表面。表面。2、氧化剂扩散穿过、氧化剂扩散穿过SiO2 层达到层达到SiO2-Si界面。界面。3、氧化剂在、氧化剂在Si 表面与表面与Si 反应生成反应生成SiO2。4、反应的副产物离开界面。、反应的副产物离开界面。硅硅氧化硅氧化硅滞留层滞留层反应气体流反应气体流新的氧化硅生成新的氧化硅生成第一阶段：反应速度决定氧化速度第一

2、阶段：反应速度决定氧化速度氧分子、水分子充足，硅原子不足氧分子、水分子充足，硅原子不足第二阶段：扩散速度决定氧化速度第二阶段：扩散速度决定氧化速度氧分子、水分子不足，硅原子充足氧分子、水分子不足，硅原子充足1OXTk t2OXTk t22,0,00411222,OXOXOXSABTtATTDNDABkMBB A其中0000DAEEkTkTSOXDD ekk eNMT，是扩散系数是反应速度常数是分子流通量是单位体积的反应分子数是初始二氧化硅厚度OXTBt 氧化前氧化前 氧化后氧化后 氧化消耗硅的厚度是二氧化硅厚度的氧化消耗硅的厚度是二氧化硅厚度的45左右左右氧化前氧化前氧化后氧化后2022-3-

3、17262iiSS ODD 杂质的杂质的 ；分凝系数分凝系数：掺有杂质的硅在热氧化过程中，：掺有杂质的硅在热氧化过程中，在硅和氧化硅界面上的平衡杂质浓度之比定在硅和氧化硅界面上的平衡杂质浓度之比定义为分凝系数。义为分凝系数。 氧化硅屏蔽层要有一定的厚度；氧化硅屏蔽层要有一定的厚度； 对杂质在对杂质在Si-SiO2界面的分凝系数也有一定要界面的分凝系数也有一定要求。求。2022-3-17271oxdxFRNdt 当氧化剂的量足够时，当氧化剂的量足够时，SiO2生长的快慢生长的快慢最最终由氧化剂在终由氧化剂在SiO2中的中的扩散速度扩散速度和它与和它与Si的的反反应速度应速度中中较慢的一个所决定较

4、慢的一个所决定。 硅片上氧化物生长模型是用硅片上氧化物生长模型是用Deal-Grove模模型描述的。型描述的。物在硅片上生长的快慢。物在硅片上生长的快慢。2022-3-1728+ Very short Time:+ Longer Time:()BxtA2()xB tor1/4BAt12Ax20oxx2022-3-1729ox()BxtA2()4AtB 其中：其中：B/A称为称为线性速率常数线性速率常数，它，它与与反应速率常数反应速率常数Ks成正比成正比。 即：即：氧化层厚度与氧化时间成线性关系氧化层厚度与氧化时间成线性关系(正比正比)，称，称为为硅的线性氧化硅的线性氧化，有：，有：0sN kB

5、An2022-3-17302()xB t24AtB 即：即：氧化层厚度与氧化时间的平方根成正比氧化层厚度与氧化时间的平方根成正比，称，称为为硅的抛物线氧化硅的抛物线氧化。 其中：其中：B称为称为抛物线速率常数抛物线速率常数 ，与扩散与扩散系数成正比系数成正比。02DNBn2022-3-1731 抛物线阶段的氧化速率要比线性阶段的慢得多抛物线阶段的氧化速率要比线性阶段的慢得多，即，即厚氧化层的生长比薄氧化层的生长需要更多的时间。厚氧化层的生长比薄氧化层的生长需要更多的时间。32tABxBx/020B 2DC*/N1抛物线速率常数，表示氧化剂扩散流抛物线速率常数，表示氧化剂扩散流F2的贡献的贡献式

6、中式中2iixAxB02112/ 4tAxAB)(20tBx)(0tABx薄氧化硅时，线性速率常数薄氧化硅时，线性速率常数B/A；两种极限情况两种极限情况厚氧化硅时，抛物线速率常数厚氧化硅时，抛物线速率常数Bx0tB/A C*ks/N1线性速率常数，表示界面反应流线性速率常数，表示界面反应流F3的贡献的贡献2022-3-1733Deal-Grove 模型的两种极限情况模型的两种极限情况氧化氧化层层厚度厚度氧化時氧化時间间线线性性生生長長区区域域BAX = t扩扩散限制散限制区区域域X = B toxtA ( ) 应应 用用 60 100 沟道栅极（栅氧）沟道栅极（栅氧） 150 500栅极氧化

7、、电容绝缘层栅极氧化、电容绝缘层 200 500 LOCOS氧化氧化 2000 5000掩膜氧化、表面钝化掩膜氧化、表面钝化 3000 10 000 场氧场氧2022-3-1734温度时间850oC850oC20oC/min5oC/min1000oCO2+HCl30 minN230 minN2N2N2干氧氧化干氧氧化温度时间850oC850oC20oC/min5oC/min1100oCO220 minO2+H260 minN2N2O2+HCl20 min湿氧氧化湿氧氧化N2N220 min硅硅氧化硅氧化硅入射光（入射光（）出射光出射光,2OXkTknn为整数， 为波长， 为氧化硅折射率242426SiO +4HFSiF +2H OSiF +2HFH (SiF ) 厚度厚度2500-15000 厚度厚度2500-15000 高温、短时间高温、短时间例如例如1050oC，40s1. 栅氧化层是用干法氧化还是湿法氧化生成？栅氧化层是用干法氧化还是湿法氧化生成？2. LOCOS场氧化层是由干法氧化场氧化层是由干法氧化-湿法氧化湿法氧化-干法掺氯氧化三步生成。解释每一步的作用。干法掺氯氧化三步生成。解释每一步的作用。3. 列出热生长氧化层在列出热生长氧化层在IC制造中的制造中的6种用途。种用途。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古