熱氧化工藝學(xué)習(xí)

熱氧化工藝學(xué)習(xí)第1頁(yè)/共88頁(yè)二氧化硅的基本特性二氧化硅膜的用途二氧化硅膜的制備方法

熱氧化機(jī)制熱氧化系統(tǒng)第2頁(yè)/共88頁(yè)硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。

第3頁(yè)/共88頁(yè)二氧化硅(SiO2)二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石。天然二氧化硅也叫硅石，是一種堅(jiān)硬難熔的固體。第4頁(yè)/共88頁(yè)水晶晶體第5頁(yè)/共88頁(yè)美麗的瑪瑙第6頁(yè)/共88頁(yè)石英玻璃坩堝第7頁(yè)/共88頁(yè)石英光導(dǎo)纖維第8頁(yè)/共88頁(yè)二氧化硅的結(jié)構(gòu)SiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiO2的平面結(jié)構(gòu)OOOOSiOOOOSiOOOOSiSiO2的立體結(jié)構(gòu)第9頁(yè)/共88頁(yè)B長(zhǎng)程無(wú)序但短程有序。A微電子工藝中采用的二氧化硅薄膜是非晶態(tài)，是四面體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。第10頁(yè)/共88頁(yè)幾個(gè)概念位于四面體之間，為兩個(gè)硅原子所共有的氧原子稱橋鍵氧原子。①橋鍵氧原子只與一個(gè)四面體（硅原子）相連的氧原子稱非橋鍵氧原子。它還能接受一個(gè)電子以維持八電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。②非橋鍵氧原子橋鍵氧越少，非橋鍵氧越多，二氧化硅網(wǎng)絡(luò)就越疏松。通常的二氧化硅膜的密度約為2.20g/cm3第11頁(yè)/共88頁(yè)③網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)劑第12頁(yè)/共88頁(yè)④網(wǎng)絡(luò)形成劑⑤本征二氧化硅無(wú)雜質(zhì)的二氧化硅第13頁(yè)/共88頁(yè)二氧化硅的性質(zhì)二氧化碳（CO2）二氧化硅(SiO2)存在空氣存在于巖石中，硅石、石英、水晶、硅藻土結(jié)構(gòu)分子晶體，存在CO2分子。原子晶體，不存在SiO2分子物理性質(zhì)無(wú)色氣體，熔、沸點(diǎn)低，微溶于水堅(jiān)硬難熔的固體，不溶于水。與水反應(yīng)CO2+H2O?H2CO3不反應(yīng)與NaOH反應(yīng)CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O與酸反應(yīng)不反應(yīng)只與HF反應(yīng)與CaO反應(yīng)CO2+CaO=CaCO3SiO2+CaO===CaSiO3第14頁(yè)/共88頁(yè)二氧化硅的性質(zhì)二氧化碳（CO2）二氧化硅(SiO2)與鹽反應(yīng)CO2+Na2CO3+H2O==2NaHCO3CO2+Na2SiO3+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓SiO2+CaCO3===CaSiO3+CO2↑弱氧化性CO2+C===2COCO2+2Mg===C+2MgOSiO2+2C===Si+2CO↑第15頁(yè)/共88頁(yè)硅膠及硅膠產(chǎn)品硅酸硅酸（組成復(fù)雜，一般用H2SiO3表示）硅酸不能由SiO2制取，只能通過(guò)可溶性硅酸鹽制取。硅酸不溶于水，是一種弱酸，它的酸性比碳酸還要弱。

CO2+Na2SiO3+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓2HCl+Na2SiO3==2NaCl+H2SiO3↓硅酸部分脫水可形成硅膠。

nH2SiO3===H2n-2kSinO3n-k+kH2O第16頁(yè)/共88頁(yè)硅酸鹽

☆硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，自然界中存在的各種天然硅酸鹽礦物，約占地殼質(zhì)量的5%?！罟杷猁}種類很多，多數(shù)難溶于水，只有鉀、鈉鹽是可溶的。硅酸鈉(Na2SiO3)溶液俗稱水玻璃，又叫泡花堿?！罟杷猁}結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，通常可用二氧化硅和金屬氧化物的形式來(lái)表示其組成?！艄杷徕cNa2SiO3Na2O·SiO2◆高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3·2SiO2·2H2O第17頁(yè)/共88頁(yè)硅酸鹽組成的表示方法硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，通?？捎枚趸韬徒饘傺趸锏男问絹?lái)表示其組成。表示方法：金屬氧化物寫在前面，再寫SiO2，最后寫H2O；氧化物之間用“·”隔開。硅酸鈉：Na2SiO3可以寫成Na2O·SiO2高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4鈣長(zhǎng)石：CaAl2SiO6Al2O3·2SiO2·

2H2OCaO

·Al2O3·SiO2第18頁(yè)/共88頁(yè)高嶺石第19頁(yè)/共88頁(yè)2、二氧化硅膜的用途（1）表面鈍化A保護(hù)器件的表面及內(nèi)部——二氧化硅密度非常高，非常硬，保護(hù)器件免于沾污、損傷和化學(xué)腐蝕。B禁錮污染物——落在晶圓上的污染物（主要是移動(dòng)的離子污染物）在二氧化硅的生長(zhǎng)過(guò)程中被禁錮在二氧化硅膜中，在那里對(duì)器件的傷害最小。第20頁(yè)/共88頁(yè)（2）摻雜阻擋層（作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽膜）A雜質(zhì)在二氧化硅中的運(yùn)行速度低于在硅中的運(yùn)行速度B二氧化硅的熱膨脹系數(shù)與硅接近選擇二氧化硅的理由：第21頁(yè)/共88頁(yè)二氧化硅起掩蔽作用的條件：A：D二氧化硅<<D硅B：二氧化硅膜有足夠的厚度對(duì)于B、P、As等元素，D二氧化硅<<D硅，因此二氧化硅可以作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽膜。第22頁(yè)/共88頁(yè)（3）絕緣介質(zhì)①IC器件的隔離和多層布線的電隔離SiO2介電性質(zhì)良好：第23頁(yè)/共88頁(yè)②MOSFET的柵電極第24頁(yè)/共88頁(yè)③MOS電容的絕緣介質(zhì)第25頁(yè)/共88頁(yè)3二氧化硅膜的制備方法制備二氧化硅膜的方法有：熱生長(zhǎng)氧化法、化學(xué)氣相沉積等。但目前主要使用的還是熱生長(zhǎng)氧化法。

氧化工藝的定義在硅或其它襯底上生長(zhǎng)一層二氧化硅膜。第26頁(yè)/共88頁(yè)熱生長(zhǎng)氧化法優(yōu)點(diǎn)：致密、純度高、膜厚均勻等；缺點(diǎn)：需要暴露的硅表面、生長(zhǎng)速率低、需要高溫。硅暴露在空氣中，則在室溫下即可產(chǎn)生二氧化硅層，厚度約為25埃。如果需要得到更厚的氧化層，必須在氧氣氣氛中加熱。硅的氧化反應(yīng)是發(fā)生在Si/SiO2界面，這是因?yàn)椋篠i在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)比O的擴(kuò)散系數(shù)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。第27頁(yè)/共88頁(yè)《微電子制造科學(xué)原理與工程技術(shù)》第4章熱氧化(電子講稿中出現(xiàn)的圖號(hào)是該書中的圖號(hào))硅的熱氧化工藝(ThermalOxidation)■

二氧化硅的性質(zhì)和用途■熱氧化原理(Deal-Grove模型)■

熱氧化工藝（方法）和系統(tǒng)■熱氧化工藝的質(zhì)量檢測(cè)參考資料：第28頁(yè)/共88頁(yè)分子數(shù)密度：2.21022／cm3一、二氧化硅(Si02)的性質(zhì)和用途熱氧化方法制備的二氧化硅是無(wú)定形結(jié)構(gòu)(硅的密度：～2.33g／cm3)密度：～2.27g／cm3分子量：60.09(硅的原子量：28.09)(硅的原子數(shù)密度：51022／cm3)（一）SiO2的結(jié)構(gòu)4個(gè)O原子位于四面體的頂點(diǎn)，Si位于四面體中心。橋位O原子與2個(gè)Si原子鍵合；其它O原子只與1個(gè)Si鍵合第29頁(yè)/共88頁(yè)■

介電強(qiáng)度高：>10MV/cm

最小擊穿電場(chǎng)(非本征擊穿)：由缺陷、雜質(zhì)引起

最大擊穿電場(chǎng)(本征擊穿)：由SiO2厚度、導(dǎo)熱性、界面態(tài)電荷等決定；氧化層越薄、氧化溫度越低，擊穿電場(chǎng)越低1、二氧化硅的絕緣特性■

電阻率高：11014·cm~11016

·cm

禁帶寬度大：~9eV■

介電常數(shù)：3.9(熱氧化二氧化硅膜)（二）SiO2的性質(zhì)第30頁(yè)/共88頁(yè)■B、P、As等常見(jiàn)雜質(zhì)在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于其在Si中的擴(kuò)散系數(shù)。DSi>DSiO2■SiO2做掩蔽膜要有足夠的厚度：對(duì)特定的雜質(zhì)、擴(kuò)散時(shí)間、擴(kuò)散溫度等條件，有一最小掩蔽厚度。某些雜質(zhì)，如Ga，Na，O，Cu，Au等，是SiO2中的快速擴(kuò)散雜質(zhì)。2、二氧化硅的掩蔽性質(zhì)第31頁(yè)/共88頁(yè)■在一定溫度下，能和強(qiáng)堿(如NaOH，KOH等)反應(yīng)，也有可能被鋁、氫等還原。3、二氧化硅的化學(xué)穩(wěn)定性■二氧化硅是硅的最穩(wěn)定化合物，屬于酸性氧化物，

不溶于水?！瞿投喾N強(qiáng)酸腐蝕，但極易與氫氟酸反應(yīng)。第32頁(yè)/共88頁(yè)

（三）二氧化硅在IC中的主要用途

■

用做雜質(zhì)選擇擴(kuò)散的掩蔽膜■用做IC的隔離介質(zhì)和絕緣介質(zhì)■用做電容器的介質(zhì)材料■用做MOS器件的絕緣柵材料第33頁(yè)/共88頁(yè)SiO2在一個(gè)PMOSFET結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

(剖面示意圖)第34頁(yè)/共88頁(yè)（四）IC中常見(jiàn)的SiO2生長(zhǎng)方法：熱氧化法、淀積法第35頁(yè)/共88頁(yè)問(wèn)題：生長(zhǎng)厚度為Tox的二氧化硅，估算需要消耗多少厚度的硅?二、熱氧化原理(Deal-Grove

模型)（一）二氧化硅的生長(zhǎng)(化學(xué)過(guò)程)干氧氧化第36頁(yè)/共88頁(yè)（二）熱氧化生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)(物理過(guò)程)第37頁(yè)/共88頁(yè)J1：粒子流密度：

J2：擴(kuò)散流密度

J3：反應(yīng)流密度（三）熱氧化工藝的Deal-Grove模型C：氧化劑濃度第38頁(yè)/共88頁(yè)(1)氧化劑由氣相傳輸至SiO2的表面，其粒子流密度J1(即單位時(shí)間通過(guò)單位面積的原子數(shù)或分子數(shù))為：1、D–G模型hG—?dú)庀噘|(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)，單位：cm/secCG—?dú)庀?離硅片表面較遠(yuǎn)處)氧化劑濃度Cs—SiO2表面外側(cè)氧化劑濃度第39頁(yè)/共88頁(yè)D0

—氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)，單位：cm2/secC0

—SiO2表面內(nèi)側(cè)氧化劑濃度Ci—SiO2-Si界面處氧化劑濃度T0x—SiO2厚度(2)位于SiO2表面的氧化劑穿過(guò)已生成的SiO2層擴(kuò)散到

SiO2-Si界面，其擴(kuò)散流密度J2為：線性近似，得到第40頁(yè)/共88頁(yè)Ks

—

氧化劑在SiO2-Si界面處的表面化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)，單位：cm/sec(3)SiO2-Si界面處，氧化劑和硅反應(yīng)生成新的SiO2

，其反應(yīng)流密度J3為：Ci

—SiO2-Si界面處氧化劑濃度平衡狀態(tài)下，有得到兩個(gè)方程式，但有三個(gè)未知量：CsCoCi求解第41頁(yè)/共88頁(yè)剩下兩個(gè)未知量：C0和Ci亨利定律：固體表面吸附元素濃度與固體表面外側(cè)氣體中該元素的分氣壓成正比理想氣體定律H—亨利氣體常數(shù)+兩個(gè)方程可求解Ci和C0兩個(gè)方程式，但有三個(gè)未知量：CsCoCi第42頁(yè)/共88頁(yè)定義則有：第43頁(yè)/共88頁(yè)其中N1是形成單位體積SiO2所需的氧化劑分子數(shù)或原子數(shù)。通過(guò)解方程，可以得到因此，有，將J3與氧化速率聯(lián)系起來(lái)，有N1=2.2×1022cm-3(干氧O2)N1=4.4×1022cm-3(水汽H2O)第44頁(yè)/共88頁(yè)邊界條件上述方程式的解可以寫為：其中，第45頁(yè)/共88頁(yè)■介于(1)、(2)兩者之間的情況，Tox~t關(guān)系要用求根公式表示：（1）氧化層厚度與氧化時(shí)間的關(guān)系式：■氧化層足夠薄(氧化時(shí)間短)時(shí)，可忽略二次項(xiàng)，此時(shí)Tox~t為線性關(guān)系：其中B/A為線性氧化速率常數(shù)■氧化層足夠厚(氧化時(shí)間長(zhǎng))時(shí)，可忽略一次項(xiàng)，此時(shí)Tox~t為拋物線關(guān)系：其中B為拋物線氧化速率常數(shù)2、主要結(jié)論第46頁(yè)/共88頁(yè)（2）氧化速率與氧化層厚度的關(guān)系氧化速率隨著氧化層厚度的增加（氧化時(shí)間的增加）而下降第47頁(yè)/共88頁(yè)圖4.6各種薄干氧氧化情況下，氧化速率與氧化層厚度之間的關(guān)系，襯底是輕微摻雜的(100)

硅。第48頁(yè)/共88頁(yè)■線性氧化區(qū)：■拋物線氧化區(qū)：討論也稱反應(yīng)限制氧化區(qū)也稱擴(kuò)散限制氧化區(qū)第49頁(yè)/共88頁(yè)■D-G模型在很寬的參數(shù)范圍內(nèi)與實(shí)際氧化速率吻合，但對(duì)于薄干氧氧化層的生長(zhǎng)，D-G模型嚴(yán)重低估氧化層厚度?！?/p>

根據(jù)D-G模型，氧化層厚度趨于零(氧化時(shí)間接近于零)時(shí)，

氧化速率接近于一個(gè)常數(shù)值：初始快速氧化階段但實(shí)際工藝結(jié)果顯示，初始氧化速率比預(yù)計(jì)值大了4倍或更多。D-G干氧模型中給出一個(gè)值，來(lái)補(bǔ)償初始階段的過(guò)度生長(zhǎng)。3、D–G模型的修正第50頁(yè)/共88頁(yè)濕氧工藝的氧化速率常數(shù)干氧工藝的氧化速率常數(shù)第51頁(yè)/共88頁(yè)參數(shù)B和B/A可寫成Arrhenius函數(shù)形式。■參數(shù)B的激活能EA取決于氧化劑的擴(kuò)散系數(shù)(D0)的激活能；B和B/A4、參數(shù)B和B/A的溫度依賴關(guān)系在各種氧化工藝條件下，參數(shù)B和B/A都可以確定下來(lái)，并且是擴(kuò)散系數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)和氣壓等工藝參數(shù)的函數(shù)?！鰠?shù)B/A的激活能取決于Ks，基本上與Si—Si鍵合力一致。第52頁(yè)/共88頁(yè)B/A:線性速率常數(shù)B:拋物線速率常數(shù)圖4.2氧化系數(shù)B的阿列尼烏斯圖，濕氧氧化參數(shù)取決于水汽濃度(進(jìn)而取決于氣流量和高溫分解條件)圖4.3氧化系數(shù)B/A的阿列尼烏斯圖第53頁(yè)/共88頁(yè)I氧化速率常數(shù)的實(shí)驗(yàn)獲取方法補(bǔ)充第54頁(yè)/共88頁(yè)氧化層厚度~氧化時(shí)間關(guān)系圖第55頁(yè)/共88頁(yè)II

計(jì)算熱氧化工藝生長(zhǎng)SiO2厚度的方法(例子)(1)查表4.1得到1100℃下濕氧氧化的B，B/A數(shù)值，并結(jié)合Toxi

值計(jì)算出

求解Tox即可方法1：(2)將B，A，及氧化時(shí)間t代入方程式第56頁(yè)/共88頁(yè)(3)再在氧化厚度~氧化時(shí)間圖上直接查找1100℃下，濕氧氧化57分鐘所得到的氧化層厚度為6500A左右。方法2(1)在氧化厚度-氧化時(shí)間圖上可直接查找1100℃下，濕氧氧化Toxi=4000?所需的氧化時(shí)間是24分鐘；(2)因此例題中總的有效氧化時(shí)間為(24+33)=57分鐘

(此處即假設(shè)初始氧化層厚度為0)；利用氧化厚度-氧化時(shí)間圖第57頁(yè)/共88頁(yè)5、影響氧化速率的因素(1)溫度對(duì)氧化速率的影響：(2)氧化氣氛對(duì)氧化速率的影響：(3)氧化劑氣壓對(duì)氧化速率的影響：當(dāng)氧化劑氣壓變大時(shí)，氧化反應(yīng)會(huì)被加速進(jìn)行。(4)硅片表面晶向?qū)ρ趸俾实挠绊懀河捎贙s取決于硅表面的密度和反應(yīng)的活化能，而<111>的硅表面原子密度較高，Ks相對(duì)較大；所以<111>的氧化速率比<100>快。溫度

B和B/A

氧化速率C*(H2O氣氛)>>C*(O2氣氛)H2O氧化速率遠(yuǎn)大于O2

氧化速率B

C*

PG第58頁(yè)/共88頁(yè)圖4.5高壓水汽氧化中的拋物線和線性速率系數(shù)(引自Razouk等人文獻(xiàn)，經(jīng)電化學(xué)協(xié)會(huì)準(zhǔn)許重印)第59頁(yè)/共88頁(yè)■雜質(zhì)的增強(qiáng)氧化效應(yīng)

高濃度襯底雜質(zhì)一般都傾向于提高氧化速率注意：雜質(zhì)的增強(qiáng)氧化不僅造成硅片表面氧化層厚度的差異，也形成新的硅臺(tái)階。(5)襯底摻雜對(duì)氧化的影響第60頁(yè)/共88頁(yè)圖4.19900℃下，干氧氧化的速率系數(shù)與磷表面濃度的函數(shù)關(guān)系曲線(引自Ho等人文獻(xiàn)，經(jīng)電化學(xué)協(xié)會(huì)準(zhǔn)許重印)高濃度的磷在硅表面增加空位密度，從而提高硅的表面反應(yīng)速率。第61頁(yè)/共88頁(yè)圖4.18在三種不同的硼表面濃度下，二氧化硅厚度與濕氧氧化時(shí)間的關(guān)系(引白DeaI等人文獻(xiàn)，經(jīng)電化學(xué)協(xié)會(huì)準(zhǔn)許重印)高濃度的硼進(jìn)入SiO2中可增強(qiáng)分子氧擴(kuò)散率，從而提高其拋物線氧化速率。第62頁(yè)/共88頁(yè)氧化過(guò)程中硅內(nèi)的雜質(zhì)會(huì)在硅和新生長(zhǎng)的SiO2之界面處重新分布，這是由于雜質(zhì)在硅和SiO2中的固溶度不同引起的?！龇帜?yīng)第63頁(yè)/共88頁(yè)■

干氧氧化的氧化劑——O2■

濕氧氧化的氧化劑——

O2

+水的混合氣體。（一）熱氧化工藝(方法)■

O2加少量鹵素（1%-3%），最常用的鹵素是氯■高溫下O2和H2混合點(diǎn)火燃燒形成水蒸汽(H2O)1、最常見(jiàn)的氧化方法：2、其他常用的氧化環(huán)境：三、熱氧化工藝（方法）和系統(tǒng)（按氧化劑分類）干氧氧化和濕氧氧化第64頁(yè)/共88頁(yè)1)

硅片送入爐管，通入N2及小流量O2；2)

升溫，升溫速度為5℃～30℃/分鐘；3)

通大流量O2，氧化反應(yīng)開始；4)

通大流量O2及TCE(0.5～2％)；5)

關(guān)閉TCE，通大流量O2，以消除殘余的TCE；6)

關(guān)閉O2，改通N2，作退火；7)

降溫，降溫速度為2℃～10℃/分鐘；8)

硅片拉出爐管。3、氧化工藝的主要步驟TCE：三氯乙烯以干氧氧化為例第65頁(yè)/共88頁(yè)(1)

干氧氧化：氧化速率慢，SiO2膜結(jié)構(gòu)致密、干燥(與光刻膠粘附性好)，掩蔽能力強(qiáng)。(2)

濕氧氧化：氧化速率快，SiO2膜結(jié)構(gòu)較疏松，表面易有缺陷，與光刻膠粘附性不良。(濕氧環(huán)境中O2和

H2O的比例是關(guān)鍵參數(shù))(3)

氫氧合成氧化：氧化機(jī)理與濕氧氧化類似，SiO2膜質(zhì)量取決于H2，O2純度(一般H2純度可達(dá)99.9999％，O2純度可達(dá)99.99％)；氧化速率取決于H2和O2的比例。(3)

摻氯氧化：減少鈉離子沾污，提高SiO2／Si界面質(zhì)量；氧化速率略有提高。(常用的氯源：HCI，TCE，TCA等)4、不同氧化方法的特點(diǎn)第66頁(yè)/共88頁(yè)圖4.4氯對(duì)氧化速率系數(shù)的影響第67頁(yè)/共88頁(yè)1、局部氧化(LOCOS，LocalOxidationofSi)（二）lC制造中常用的氧化工藝(技術(shù))：第68頁(yè)/共88頁(yè)(1)

柵氧化工藝是CMOSIC制造的關(guān)鍵工藝，基本要求：

■柵氧化層?。啥龋?/p>

■柵氧化溫度低（保證氧化工藝的均勻性和重復(fù)性）。(2)

摻氯氧化可使氧化物缺陷密度顯著減少，但溫度低于1000℃

時(shí)氯的鈍化效果差。一般的柵氧化工藝采取兩步氧化法：

■

800℃～900℃，O2+HCl氧化；

■升溫到1000～1100℃，N2

+

HCl退火(3)

對(duì)于100?及更薄厚度的氧化層，通常采用的氧化工藝還有：

■

稀釋氧化：氧化氣氛為O2和惰性氣體(如Ar)的混合物

■

低壓氧化：降低氧化爐中的氣壓(改用CVD設(shè)備)

■

快速熱氧化(RapidOxidation)：采用快速熱處理設(shè)備(4)在柵氧化層厚度縮小到20?后：需要發(fā)展替代的柵介質(zhì)層材料，如氮氧化硅、高K介質(zhì)材料等。2、柵氧化工藝第69頁(yè)/共88頁(yè)■降低氧化溫度，縮短氧化時(shí)間，使IC制造可采用低溫工藝；■氧化層質(zhì)量較好，降低漏電流，改善電特性；■氧化層密度高于常壓氧化，表面態(tài)密度低于常壓氧化；■局部氧化時(shí)Si3N4轉(zhuǎn)化成SiO2的速度隨壓力上升而下降，因此可采用更薄的Si3N4及消氧，這有利于減小“鳥嘴"效應(yīng)。3、高壓氧化一般的氧化工藝都是在常壓下進(jìn)行，高壓氧化是指提高氧化劑氣壓的氧化方法。高壓氧化工藝特別適于生長(zhǎng)厚氧化層，(1)優(yōu)點(diǎn)：(2)

高壓氧化可采用干氧、濕氧和氫氧合成氧化的方法進(jìn)行。但因?yàn)樵O(shè)備昂貴，故尚未被廣泛采用。第70頁(yè)/共88頁(yè)1、常見(jiàn)的熱氧化設(shè)備主要有臥式和立式兩種。臥式爐系統(tǒng)組成示意圖（三）氧化設(shè)備(系統(tǒng))2、一個(gè)氧化爐管系統(tǒng)主要由四部分組成：

控制器、硅片裝卸區(qū)、爐管主體區(qū)和氣體供應(yīng)柜第71頁(yè)/共88頁(yè)第72頁(yè)/共88頁(yè)(1)爐溫控制：精度、穩(wěn)定度、恒溫區(qū)、對(duì)溫度變化響應(yīng)。先進(jìn)設(shè)備的溫度偏差可控制在±0.5℃。(2)推拉舟系統(tǒng)：凈化環(huán)境，粉塵沾污少(3)氣路系統(tǒng)：

可靠性、控制精度和響應(yīng)速度、氣流狀況(密封性)(4)安全性。3、一個(gè)優(yōu)良的氧化系統(tǒng)應(yīng)具備的特點(diǎn)：第73頁(yè)/共88頁(yè)4、立式氧化爐管，其類似于豎起來(lái)的臥式爐。三管臥式爐系統(tǒng)ASMA412300mm雙體立式爐系統(tǒng)第74頁(yè)/共88頁(yè)(1)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。(2)硅片水平放置，承載舟不會(huì)因重力而發(fā)生彎曲；熱氧化工藝均勻性比臥式爐好。(3)潔凈度高，產(chǎn)塵密度小。(4)設(shè)備體積小，在潔凈室占地少，安排靈活?！隽⑹窖趸癄t管的優(yōu)點(diǎn)：■立式爐管在大尺寸硅片(200mm/300mm)的氧化工藝中已取代了臥式爐管，成為工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。第75頁(yè)/共88頁(yè)■質(zhì)量檢測(cè)是氧化工藝的一個(gè)關(guān)鍵步驟■氧化層質(zhì)量的含義包括：厚度、介電常數(shù)、折射率、

介電強(qiáng)度、缺陷密度等■質(zhì)量檢測(cè)需要對(duì)上述各項(xiàng)指標(biāo)的絕對(duì)值、其在片內(nèi)及片間的均勻性進(jìn)行測(cè)量■質(zhì)量檢測(cè)的方法一般可分為：物理測(cè)量、光學(xué)測(cè)量、

電學(xué)測(cè)量四、熱氧化工藝的質(zhì)量檢測(cè)第76頁(yè)/共88頁(yè)■臺(tái)階法：HF腐蝕出SiO2臺(tái)階后，探針掃描過(guò)臺(tái)階，取得硅片表面輪廓，確定臺(tái)階高度。精度較高。

SEM(掃描電子顯微鏡)>1000?；TEM(透射電子顯微鏡)技術(shù)■橢圓偏振光法：精度高，非破壞性測(cè)量。（一）氧化膜厚度的檢測(cè)方法■干涉法：非破壞性測(cè)量，適于測(cè)量數(shù)百?以上的薄膜。(Nanospec)■比色法：不同厚度的SiO2膜呈現(xiàn)不同顏色。(見(jiàn)教材75頁(yè)表4.2)■電容法：通過(guò)測(cè)量固定面積MOS結(jié)構(gòu)的電容，來(lái)推算氧化層厚度。第77頁(yè)/共88頁(yè)第78頁(yè)/共88頁(yè)（二）氧化膜的電學(xué)測(cè)量方法：1、擊穿電壓2、電荷擊穿特性：3、電容-電壓(C-V)測(cè)試：增加電容器電壓，測(cè)量通過(guò)氧化層的電流熱氧化硅的介電強(qiáng)度大約為12MV/cm；給氧化層加剛好低于擊穿電場(chǎng)的電應(yīng)力，測(cè)量電流隨時(shí)間的變化關(guān)系。TDDB(TimeDependentDielectricBreakdown)測(cè)試根據(jù)C-V曲線及其溫偏特性，可以判斷氧化層厚度、氧化層中的固定電荷密度、可動(dòng)電荷密度和界面態(tài)密度等。第79頁(yè)/共88頁(yè)本征擊穿取決于厚度，非本征擊穿取決于缺陷；擊穿電壓的統(tǒng)計(jì)分布反映氧化層質(zhì)量。■

擊穿電壓：第80頁(yè)/共88頁(yè)■電荷擊穿特性：擊穿由電荷在氧化層中的積累而造成。第81頁(yè)/共88頁(yè)■

電容-電壓(C-V)測(cè)試：偏溫應(yīng)力法：1)提取MOS電容C-V曲線；2)樣品加熱到100°C，在柵極加2-5meV/cm,保持10-20分鐘,冷卻到室溫做C-V曲線；3)加負(fù)偏壓，重復(fù)上述過(guò)程。第82頁(yè)/共8