《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)、陽極氧化法等各種制備方法，有各自的優(yōu)缺點，目前熱氧化方式是應(yīng)用最為廣泛的制備方法，因為它有工藝簡單、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。2、熱氧化的特點高溫：900~1200℃，氧化劑：水或者氧氣條件工藝簡單、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)過程4、影響氧化生長速率的因素溫度：溫度越高，氧化生長速率越快。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1、干氧氧化生長機(jī)理：在高溫下當(dāng)氧氣與硅片接觸時，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，氧化層厚度與時間的關(guān)系Q2.同一時間下，氧化層厚度與氧化溫度的關(guān)系A(chǔ)1.同一溫度下，氧化層厚度與時間成正比；氧化時間越長，氧化層厚度越大。A2.同一時間下，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比干氧氧化水汽氧化氣體使用氧氣使用水蒸氣特點干氧氧化，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