《集成電路制造工藝》課件-2.2基本熱氧化方法（上）

《集成電路制造工藝》

基本熱氧化方法（上）教學(xué)目標(biāo)1、掌握熱氧化方法及工藝原理2、了解干氧氧化、水汽氧化的原理、特點(diǎn)3、課程思政：半導(dǎo)體材料在生活的應(yīng)用熱氧化方法及工藝原理1、熱氧化的含義熱氧化：高溫下，潔凈的硅片與氧化劑反應(yīng)生成一層SiO2膜氧元素硅片提供硅原子二氧化硅高溫

二氧化硅制備方法有很多種，如熱氧化、熱分解、濺射、真空蒸發(fā)、陽(yáng)極氧化法等各種制備方法，有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，目前熱氧化方式是應(yīng)用最為廣泛的制備方法，因?yàn)樗泄に嚭?jiǎn)單、操作方便、氧化膜質(zhì)量好、膜的穩(wěn)定性和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。2、熱氧化的特點(diǎn)高溫：900~1200℃，氧化劑：水或者氧氣條件工藝簡(jiǎn)單、操作方便、氧化膜質(zhì)量最佳、膜的穩(wěn)定性和可靠性好，還能降低表面懸掛鍵，很好的控制界面陷阱和固定電荷特點(diǎn)3、熱氧化反應(yīng)式反應(yīng)方程式：Si+O2

SiO2

；或Si＋H2O

SiO2＋H24、熱氧化反應(yīng)過(guò)程4、影響氧化生長(zhǎng)速率的因素溫度：溫度越高，氧化生長(zhǎng)速率越快。氧化方式：水汽氧化>濕氧氧化>干氧氧化速率硅的晶向：不同晶向，生長(zhǎng)速率呈現(xiàn)各向異性氧化劑壓力：氧化劑的壓力增強(qiáng)，更快的氧化生長(zhǎng)速率摻雜水平：重?fù)诫s的硅要比輕摻雜的氧化速率快。干氧氧化、水汽氧化的原理、特點(diǎn)1、干氧氧化生長(zhǎng)機(jī)理：在高溫下當(dāng)氧氣與硅片接觸時(shí)，氧分子與其表面的硅原子反應(yīng)生成二氧化硅起始層。Si+O2==SiO2氧化溫度：900~1200℃思考：二氧化硅的厚度與哪些因素相關(guān)？Q1.同一溫度下，氧化層厚度與時(shí)間的關(guān)系Q2.同一時(shí)間下，氧化層厚度與氧化溫度的關(guān)系A(chǔ)1.同一溫度下，氧化層厚度與時(shí)間成正比；氧化時(shí)間越長(zhǎng)，氧化層厚度越大。A2.同一時(shí)間下，氧化層厚度與氧化溫度的關(guān)系溫度越高，氧原子在二氧化硅中的擴(kuò)散也越快，氧化速率常數(shù)也越大，二氧化硅層也越厚。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-Si==2(Si-OH)生成的硅烷醇再擴(kuò)散穿過(guò)氧化層抵達(dá)Si-SiO2界面，與硅原子反應(yīng)：

2(Si-OH)+Si-Si==2(Si-O-Si)+H23、干氧氧化與水汽氧化的對(duì)比干氧氧化水汽氧化氣體使用氧氣使用水蒸氣特點(diǎn)干氧氧化，氧化速率慢，但氧化層結(jié)構(gòu)致密。氧化速率快，但氧化層結(jié)構(gòu)疏松，質(zhì)量不如干氧氧化好。解決措施經(jīng)過(guò)吹干氧或干氮，熱處理硅烷醇可分解為硅氧烷結(jié)構(gòu)并排除水分。課堂小結(jié)1、熱氧化方法及工藝原理2、干氧氧化、水汽