第4章：氧化講述

1、 銀、銅、鐵、鋁等金屬的自然氧化銀、銅、鐵、鋁等金屬的自然氧化氧化劑（氧分子或水分子）通過(guò)擴(kuò)散到達(dá)氧化劑（氧分子或水分子）通過(guò)擴(kuò)散到達(dá)Si與與Si02界面同界面同Si發(fā)發(fā)生反應(yīng)，其過(guò)程如下：生反應(yīng)，其過(guò)程如下：1、氧化劑擴(kuò)散穿過(guò)滯留層達(dá)到、氧化劑擴(kuò)散穿過(guò)滯留層達(dá)到SiO2 表面。表面。2、氧化劑擴(kuò)散穿過(guò)、氧化劑擴(kuò)散穿過(guò)SiO2 層達(dá)到層達(dá)到SiO2-Si界面。界面。3、氧化劑在、氧化劑在Si 表面與表面與Si 反應(yīng)生成反應(yīng)生成SiO2。4、反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。、反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。硅硅氧化硅氧化硅滯留層滯留層反應(yīng)氣體流反應(yīng)氣體流新的氧化硅生成新的氧化硅生成第一階段：反應(yīng)速度決定氧化速度第一

2、階段：反應(yīng)速度決定氧化速度氧分子、水分子充足，硅原子不足氧分子、水分子充足，硅原子不足第二階段：擴(kuò)散速度決定氧化速度第二階段：擴(kuò)散速度決定氧化速度氧分子、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，是擴(kuò)散系數(shù)是反應(yīng)速度常數(shù)是分子流通量是單位體積的反應(yīng)分子數(shù)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 雜質(zhì)的雜質(zhì)的 ；分凝系數(shù)分凝系數(shù)：摻有雜質(zhì)的硅在熱氧化過(guò)程中，：摻有雜質(zhì)的硅在熱氧化過(guò)程中，在硅和氧化硅界面上的平衡雜質(zhì)濃度之比定在硅和氧化硅界面上的平衡雜質(zhì)濃度之比定義為分凝系數(shù)。義為分凝系數(shù)。 氧化硅屏蔽層要有一定的厚度；氧化硅屏蔽層要有一定的厚度； 對(duì)雜質(zhì)在對(duì)雜質(zhì)在Si-SiO2界面的分凝系數(shù)也有一定要界面的分凝系數(shù)也有一定要求。求。2022-3-17271oxdxFRNdt 當(dāng)氧化劑的量足夠時(shí)，當(dāng)氧化劑的量足夠時(shí)，SiO2生長(zhǎng)的快慢生長(zhǎng)的快慢最最終由氧化劑在終由氧化劑在SiO2中的中的擴(kuò)散速度擴(kuò)散速度和它與和它與Si的的反反應(yīng)速度應(yīng)速度中中較慢的一個(gè)所決定較

4、慢的一個(gè)所決定。 硅片上氧化物生長(zhǎng)模型是用硅片上氧化物生長(zhǎng)模型是用Deal-Grove模模型描述的。型描述的。物在硅片上生長(zhǎng)的快慢。物在硅片上生長(zhǎng)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稱為稱為線性速率常數(shù)線性速率常數(shù)，它，它與與反應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù)Ks成正比成正比。 即：即：氧化層厚度與氧化時(shí)間成線性關(guān)系氧化層厚度與氧化時(shí)間成線性關(guān)系(正比正比)，稱，稱為為硅的線性氧化硅的線性氧化，有：，有：0sN kB

5、An2022-3-17302()xB t24AtB 即：即：氧化層厚度與氧化時(shí)間的平方根成正比氧化層厚度與氧化時(shí)間的平方根成正比，稱，稱為為硅的拋物線氧化硅的拋物線氧化。 其中：其中：B稱為稱為拋物線速率常數(shù)拋物線速率常數(shù) ，與擴(kuò)散與擴(kuò)散系數(shù)成正比系數(shù)成正比。02DNBn2022-3-1731 拋物線階段的氧化速率要比線性階段的慢得多拋物線階段的氧化速率要比線性階段的慢得多，即，即厚氧化層的生長(zhǎng)比薄氧化層的生長(zhǎng)需要更多的時(shí)間。厚氧化層的生長(zhǎng)比薄氧化層的生長(zhǎng)需要更多的時(shí)間。32tABxBx/020B 2DC*/N1拋物線速率常數(shù)，表示氧化劑擴(kuò)散流拋物線速率常數(shù)，表示氧化劑擴(kuò)散流F2的貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn)式

6、中式中2iixAxB02112/ 4tAxAB)(20tBx)(0tABx薄氧化硅時(shí)，線性速率常數(shù)薄氧化硅時(shí)，線性速率常數(shù)B/A；兩種極限情況兩種極限情況厚氧化硅時(shí)，拋物線速率常數(shù)厚氧化硅時(shí)，拋物線速率常數(shù)Bx0tB/A C*ks/N1線性速率常數(shù)，表示界面反應(yīng)流線性速率常數(shù)，表示界面反應(yīng)流F3的貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn)2022-3-1733Deal-Grove 模型的兩種極限情況模型的兩種極限情況氧化氧化層層厚度厚度氧化時(shí)氧化時(shí)間間線線性性生生長(zhǎng)長(zhǎng)區(qū)區(qū)域域BAX = t擴(kuò)擴(kuò)散限制散限制區(qū)區(qū)域域X = B toxtA ( ) 應(yīng)應(yīng) 用用 60 100 溝道柵極（柵氧）溝道柵極（柵氧） 150 500柵極氧化

7、、電容絕緣層?xùn)艠O氧化、電容絕緣層 200 500 LOCOS氧化氧化 2000 5000掩膜氧化、表面鈍化掩膜氧化、表面鈍化 3000 10 000 場(chǎng)氧場(chǎng)氧2022-3-1734溫度時(shí)間850oC850oC20oC/min5oC/min1000oCO2+HCl30 minN230 minN2N2N2干氧氧化干氧氧化溫度時(shí)間850oC850oC20oC/min5oC/min1100oCO220 minO2+H260 minN2N2O2+HCl20 min濕氧氧化濕氧氧化N2N220 min硅硅氧化硅氧化硅入射光（入射光（）出射光出射光,2OXkTknn為整數(shù)， 為波長(zhǎng)， 為氧化硅折射率242426SiO +4HFSiF +2H OSiF +2HFH (SiF ) 厚度厚度2500-15000 厚度厚度2500-15000 高溫、短時(shí)間高溫、短時(shí)間例如例如1050oC，40s1. 柵氧化層是用干法氧化還是濕法氧化生成？柵氧化層是用干法氧化還是濕法氧化生成？2. LOCOS場(chǎng)氧化層是由干法氧化場(chǎng)氧化層是由干法氧化-濕法氧化濕法氧化-干法摻氯氧化三步生成。解釋每一步的作用。干法摻氯氧化三步生成。解釋每一步的作用。3. 列出熱生長(zhǎng)氧化層在列出熱生長(zhǎng)氧化層在IC制造中的制造中的6種用途。種用途。人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古