電子科大微電子工藝(第二章)氧化

1、典型的硅片處理流程模型n 氧化是一種自然現(xiàn)象氧化是一種自然現(xiàn)象2.1 引言引言n Si的自然氧化層（的自然氧化層（ SiO2 ）很?。┖鼙? 在在40埃左右埃左右 鐵、銅、銀等金屬的自然氧化 硅、硫、磷等非金屬的自然氧化晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：Si-O 四面體在空間規(guī)則排列。非晶體（無定形）結(jié)構(gòu)：非晶體（無定形）結(jié)構(gòu)：Si-O 四面體在空間無規(guī)則排列。n SiO2的物理性質(zhì)：的物理性質(zhì)：242426SiO +4HFSiF +2H OSiF +2HFH (SiF )2.1 引言引言1.1.氧化的化學(xué)反應(yīng)及過程氧化的化學(xué)反應(yīng)及過程2.2.氧化的生長速率氧化的生長速率3.3.影響二氧化硅生長的因素影響二

2、氧化硅生長的因素4.4.常規(guī)的氧化工藝常規(guī)的氧化工藝5.5.先進(jìn)的氧化工藝先進(jìn)的氧化工藝6.6.氧化消耗硅氧化消耗硅1.1.氧化的化學(xué)反應(yīng)及過程氧化的化學(xué)反應(yīng)及過程硅氧化硅滯留層反應(yīng)氣體流新的氧化硅生成n 氧化過程：氧化過程：氧化劑（氧分子或水分子）通過擴(kuò)散到達(dá)Si02與Si界面同Si發(fā)生反應(yīng)，其過程如下：1、氧化劑擴(kuò)散穿過滯留層到達(dá)SiO2 表面。2、氧化劑擴(kuò)散穿過SiO2 層到達(dá)SiO2-Si界面。3、氧化劑在Si 表面與Si 反應(yīng)生成SiO2 。4、反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。1、氧化劑擴(kuò)散穿過滯留層到達(dá)SiO2 表面，其流密度為F1 。2、氧化劑擴(kuò)散穿過SiO2 層到達(dá)SiO2-Si界面，流

3、密度為F2 。3、氧化劑在Si 表面與Si 反應(yīng)生成SiO2 ，流密度為F3 。氧化硅比較薄時(shí)：氧分子、水分子充足，硅原子不足：反氧化硅比較薄時(shí)：氧分子、水分子充足，硅原子不足：反應(yīng)速率決定氧化速率應(yīng)速率決定氧化速率氧化硅比較厚時(shí)：氧分子、水分子不足，硅原子充足：擴(kuò)氧化硅比較厚時(shí)：氧分子、水分子不足，硅原子充足：擴(kuò)散速度決定氧化速率散速度決定氧化速率2.2.氧化的生長速率氧化的生長速率線性拋物線性模型表述為： t2oxAtoxB(t + ) tox為硅片上生長的SiO2總的厚度(m)； B為拋物線速率系數(shù)(m2/h)； B/A為線性速率系數(shù)(m/h)； 為生成初始氧化層所用的時(shí)間(h)拋物線階

4、段為擴(kuò)散速率控制水氣在二氧化硅中的擴(kuò)散速度和溶解度比氧氣的大B/A為線性速率系數(shù)，B為拋物線速率系數(shù)，B/A和B與溫度、氧化劑濃度、反應(yīng)室壓力等因素有關(guān)。濕氧拋物線速率系數(shù)B比干氧的大濕氧氧化速率大于干氧氧化速率在1100干氧氧化生長的線性和拋物線階段3.3.影響二氧化硅生長的因素影響二氧化硅生長的因素高壓氧化4.4.常規(guī)的氧化工藝常規(guī)的氧化工藝溫度時(shí)間850oC850oC10oC/min5oC/min1100oCO2+H2O60 minN2N2氧化程序控制曲線氧化程序控制曲線O220 minO2+HCl20 minu 上述工藝SiO2厚度大約600nm左右溫度時(shí)間850oC850oC10oC

5、/min5oC/min1100oCO2+H2O60 minN2N2氧化程序控制曲線氧化程序控制曲線O220 minO2+HCl20 min水汽氧化： Si H2O SiO2 H25.5.先進(jìn)的氧化工藝（氫氧合成氧化工藝）先進(jìn)的氧化工藝（氫氧合成氧化工藝）濕氧氧化：Si H2O O2 SiO2+H2 H2 O2 H2O氫氧合成工藝氫氧合成產(chǎn)生水分子代替去離子水加熱產(chǎn)生水分子u 氣體流量比很重要！氣體流量比很重要！n 三種熱氧化層質(zhì)量對比：三種熱氧化層質(zhì)量對比： 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/選擇性氧化 注：使用干濕干熱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視圖n界面突變導(dǎo)致各種缺陷的產(chǎn)生，從而引發(fā)各種電荷n不摻氯和摻氯氧化層電荷密度的對比：不摻氯和摻氯氧化層電荷密度的對比：純硅片表面生長有二氧化硅膜的硅片 臺(tái)階儀：臺(tái)階儀：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， 為氧化硅折射率 橢偏儀：橢偏儀： 氧化層固定離子電荷和可動(dòng)離子電荷的測量：氧化層固定離子電荷和可