电子科大微电子工艺(第二章)氧化

1、典型的硅片处理流程模型n 氧化是一种自然现象氧化是一种自然现象2.1 引言引言n Si的自然氧化层（的自然氧化层（ SiO2 ）很薄）很薄, 在在40埃左右埃左右 铁、铜、银等金属的自然氧化 硅、硫、磷等非金属的自然氧化晶体结构：晶体结构：Si-O 四面体在空间规则排列。非晶体（无定形）结构：非晶体（无定形）结构：Si-O 四面体在空间无规则排列。n SiO2的物理性质：的物理性质：242426SiO +4HFSiF +2H OSiF +2HFH (SiF )2.1 引言引言1.1.氧化的化学反应及过程氧化的化学反应及过程2.2.氧化的生长速率氧化的生长速率3.3.影响二氧化硅生长的因素影响二

2、氧化硅生长的因素4.4.常规的氧化工艺常规的氧化工艺5.5.先进的氧化工艺先进的氧化工艺6.6.氧化消耗硅氧化消耗硅1.1.氧化的化学反应及过程氧化的化学反应及过程硅氧化硅滞留层反应气体流新的氧化硅生成n 氧化过程：氧化过程：氧化剂（氧分子或水分子）通过扩散到达Si02与Si界面同Si发生反应，其过程如下：1、氧化剂扩散穿过滞留层到达SiO2 表面。2、氧化剂扩散穿过SiO2 层到达SiO2-Si界面。3、氧化剂在Si 表面与Si 反应生成SiO2 。4、反应的副产物离开界面。1、氧化剂扩散穿过滞留层到达SiO2 表面，其流密度为F1 。2、氧化剂扩散穿过SiO2 层到达SiO2-Si界面，流

3、密度为F2 。3、氧化剂在Si 表面与Si 反应生成SiO2 ，流密度为F3 。氧化硅比较薄时：氧分子、水分子充足，硅原子不足：反氧化硅比较薄时：氧分子、水分子充足，硅原子不足：反应速率决定氧化速率应速率决定氧化速率氧化硅比较厚时：氧分子、水分子不足，硅原子充足：扩氧化硅比较厚时：氧分子、水分子不足，硅原子充足：扩散速度决定氧化速率散速度决定氧化速率2.2.氧化的生长速率氧化的生长速率线性抛物线性模型表述为： t2oxAtoxB(t + ) tox为硅片上生长的SiO2总的厚度(m)； B为抛物线速率系数(m2/h)； B/A为线性速率系数(m/h)； 为生成初始氧化层所用的时间(h)抛物线阶

4、段为扩散速率控制水气在二氧化硅中的扩散速度和溶解度比氧气的大B/A为线性速率系数，B为抛物线速率系数，B/A和B与温度、氧化剂浓度、反应室压力等因素有关。湿氧抛物线速率系数B比干氧的大湿氧氧化速率大于干氧氧化速率在1100干氧氧化生长的线性和抛物线阶段3.3.影响二氧化硅生长的因素影响二氧化硅生长的因素高压氧化4.4.常规的氧化工艺常规的氧化工艺温度时间850oC850oC10oC/min5oC/min1100oCO2+H2O60 minN2N2氧化程序控制曲线氧化程序控制曲线O220 minO2+HCl20 minu 上述工艺SiO2厚度大约600nm左右温度时间850oC850oC10oC

5、/min5oC/min1100oCO2+H2O60 minN2N2氧化程序控制曲线氧化程序控制曲线O220 minO2+HCl20 min水汽氧化： Si H2O SiO2 H25.5.先进的氧化工艺（氢氧合成氧化工艺）先进的氧化工艺（氢氧合成氧化工艺）湿氧氧化：Si H2O O2 SiO2+H2 H2 O2 H2O氢氧合成工艺氢氧合成产生水分子代替去离子水加热产生水分子u 气体流量比很重要！气体流量比很重要！n 三种热氧化层质量对比：三种热氧化层质量对比： 氧化前 氧化后氧化消耗硅的厚度是二氧化硅厚度的45左右6.6.氧化消耗硅氧化消耗硅厚度2500-15000 厚度厚度2500-15000 (2) 硅局域氧化LOCOS/选择性氧化 注：使用干湿干热氧化方式形成氧化后氧化后氧化前氧化前沿晶向的硅晶格视图n界面突变导致各种缺陷的产生，从而引发各种电荷n不掺氯和掺氯氧化层电荷密度的对比：不掺氯和掺氯氧化层电荷密度的对比：纯硅片表面生长有二氧化硅膜的硅片 台阶仪：台阶仪：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 椭偏仪：椭偏仪： 氧化层固定离子电荷和可动离子电荷的测量：氧化层固定离子电荷和可