半導(dǎo)體工藝(第4章)氧化

學(xué)習(xí)情景三：

薄膜制備

學(xué)習(xí)子情景1：

熱氧化用途（？種）二.氧化方法（？種）三.質(zhì)量監(jiān)測(cè)（？檢測(cè)哪些）

二氧化硅膜用途五種用途雜質(zhì)擴(kuò)散掩蔽膜器件表面保護(hù)或鈍化膜電路隔離介質(zhì)或絕緣介質(zhì)電容介質(zhì)材料MOS管的絕緣柵材料二氧化硅膜的性質(zhì)1.二氧化硅膜的化學(xué)穩(wěn)定性極高，不溶于水，除氫氟酸外，和別的酸不起作用。氫氟酸腐蝕原理如下：六氟硅酸溶于水；利用這一性質(zhì)作為掩蔽膜，光刻出IC制造中的各種窗口；2.二氧化硅膜的掩蔽性質(zhì)B、P、As等雜質(zhì)在SiO2的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于在Si中的擴(kuò)散系數(shù)。Dsi>DSiO2

SiO2

膜要有足夠的厚度。一定的雜質(zhì)擴(kuò)散時(shí)間、擴(kuò)散溫度下，有一最小厚度Zmin。3.二氧化硅膜的絕緣性質(zhì)密度、折射率、電阻率、介電強(qiáng)度（熱擊穿、電擊穿）、介電常數(shù)；密度是二氧化硅致密程度的標(biāo)志。密度大表示致密程度高。用不同制備方法所得的膜層的密度是不一樣的，但都很接近。折射率表示二氧化硅光學(xué)特性的參數(shù)。密度大的二氧化硅具有較大的折射率。電阻率：表征二氧化硅電學(xué)性能的重要參數(shù)；用不同方法制備的二氧化硅膜層電阻率相差較大；用熱生長(zhǎng)法其電阻率為1015~1016Ω.cm，這表明二氧化硅是一種良好的絕緣材料；用熱分解淀積方法其電阻率為107~108Ω.cm，這表明二氧化硅中含有較多的雜質(zhì)。介電強(qiáng)度：衡量該材料耐壓能力大小單位：V/cm意義：表示單位厚度的二氧化硅層所能承受的最大擊穿電壓。影響因素：密度、均勻性、雜質(zhì)含量、制備方法等。一般為107~108V/cm。三、氧化方法1、熱氧化機(jī)理半導(dǎo)體工藝中的二氧化硅大多數(shù)是通過熱生長(zhǎng)氧化法得到的，也就是讓硅片（晶圓）在高溫下，與氧化劑發(fā)生反應(yīng)而生長(zhǎng)一層SiO2膜的方法，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

Si(固態(tài))+O2(氣態(tài))SiO2(固態(tài))

化學(xué)反應(yīng)非常簡(jiǎn)單，但氧化機(jī)理并非如此，因?yàn)橐坏┰诠璞砻嬗卸趸枭桑鼘⒆钃鮋2原子與Si原子直接接觸，所以其后的繼續(xù)氧化是O2原子通過擴(kuò)散穿過已生成的二氧化硅層，向Si一側(cè)運(yùn)動(dòng)到達(dá)界面進(jìn)行反應(yīng)而增厚的。通過一定的理論分析可知，在初始階段，氧化層厚度(X)與時(shí)間(t)是線性關(guān)系，而后變成拋物線關(guān)系。（1）干氧氧化原理：在高溫下，氧氣與硅片接觸，氧分子與其表面的硅原子反應(yīng)生成二氧化硅起始層。

Si+O2SiO2特點(diǎn)：氧化速度慢，氧化層結(jié)構(gòu)致密；表面是非極性的硅氧烷（Si-O-Si)結(jié)構(gòu)，與光刻膠粘附良好，不易產(chǎn)生浮膠。（2）水汽氧化機(jī)理：高溫下，水汽與硅片表面硅原子作用，生成二氧化硅起始膜。

2H20+Si=SiO2+2H2后續(xù)反應(yīng)：水分子先與表面的二氧化硅反應(yīng)生成硅烷醇（Si-OH）結(jié)構(gòu)，即：

H20+Si-O-Si2(Si-OH)生成的硅烷醇再擴(kuò)散穿過氧化層抵達(dá)Si-SiO2界面，與硅原子反應(yīng)：

2(Si-OH)+Si-Si2(Si-O-Si)+H2水汽氧化特點(diǎn)：氧化速度快由于水汽進(jìn)入，網(wǎng)絡(luò)中形成大量非僑聯(lián)氧，結(jié)構(gòu)疏松氧化層表面是極性的硅烷醇，極易吸附水，導(dǎo)致與光刻膠粘附不強(qiáng)；（解決措施：經(jīng)過吹干氧或干氮熱處理，硅烷醇可分解成硅氧烷結(jié)構(gòu)，并排除水分）水汽來源：去離子水、氫氧直接燃燒合成。（3）濕氧氧化機(jī)理：氧氣在通入反應(yīng)室之前，先通過加熱的高純?nèi)ルx子水，使氧氣中攜帶一定量的水汽。濕氧氧化具有干氧氧化和水汽氧化兩種氧化作用。其速度和質(zhì)量介于干氧和水汽氧化之間。（四）摻氯氧化摻氯氧化是在上述三種氧化反應(yīng)之后出現(xiàn)的一種熱氧化方式。原理：在干氧中添加少量氯元素（氯化氫、三氯乙烯、氯氣等）。在氧化同時(shí)，氯元素結(jié)合到氧化層中。作用：（1）可吸收、提取硅中有害雜質(zhì)。如鈉離子(生成揮發(fā)性的氯化鈉）（2）不僅減少鈉離子玷污，還會(huì)使移動(dòng)到