微電子工藝基礎(chǔ)氧化工藝

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1、第5章氧化工藝1第5章氧化工藝本章（4學(xué)時(shí)）目標(biāo)：1、掌握硅器件中二氧化硅層的用途2、熟悉熱氧化的機(jī)制3、熟悉干氧化、濕氧化和水汽氧化的特點(diǎn)4、摻氯氧化的作用5、氧化膜質(zhì)量的檢測(cè)方法第5章氧化工藝一、舊事重提1、氧化工藝的定義（*）2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)（**）3、二氧化硅膜的作用（*****）4、二氧化硅膜的厚度（**）5、氧化膜的獲得方法（****）二、氧化膜的生長(zhǎng)方法1、熱氧化生長(zhǎng)機(jī)制（***）2、熱氧化生長(zhǎng)方法（****）3、熱氧化系統(tǒng)和工藝（***）三、氧化膜檢驗(yàn)方法第5章氧化工藝一、舊事重提1、氧化工藝的定義在硅或其它襯底上生長(zhǎng)一層二氧化硅

2、膜。2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)（1）概述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5章氧化工藝一、舊事重提2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)（2）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5章氧化工藝一、舊事重提2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)（2）幾個(gè)概念③網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)劑第5章氧化工藝一、舊事重提2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)（

3、2）幾個(gè)概念④網(wǎng)絡(luò)形成劑第5章氧化工藝一、舊事重提2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)（2）幾個(gè)概念第5章氧化工藝一、舊事重提2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)（2）幾個(gè)概念⑤本征二氧化硅無(wú)雜質(zhì)的二氧化硅第5章氧化工藝一、舊事重提3、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。（教材P105）第5章氧化工藝一、舊事重提3、二氧化硅膜的用途（2）摻雜阻擋層（作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽膜）A雜質(zhì)

4、在二氧化硅中的運(yùn)行速度低于在硅中的運(yùn)行速度（P105）B二氧化硅的熱膨脹系數(shù)與硅接近（P105）選擇二氧化硅的理由：第5章氧化工藝一、舊事重提3、二氧化硅膜的用途（2）摻雜阻擋層（作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽膜）二氧化硅起掩蔽作用的條件：A：D二氧化硅<

5、OSFET的柵電極（參見(jiàn)圖7.4）第5章氧化工藝一、舊事重提3、二氧化硅膜的用途（3）絕緣介質(zhì)③MOS電容的絕緣介質(zhì)（參見(jiàn)圖7.5）第5章氧化工藝一、舊事重提4、二氧化硅膜的厚度參照教材圖7.6，重點(diǎn)了解柵氧和場(chǎng)氧的厚度。柵氧厚度：150埃-500埃場(chǎng)氧厚度：3000埃-10000埃（不到一個(gè)微米）第5章氧化工藝一、舊事重提5、二氧化硅膜的獲得方法參照教材P47圖4.6所示，獲取二氧化硅膜的方法有：A：熱氧化工藝（本課程重點(diǎn)）B：化學(xué)氣相淀積工藝C：濺射工藝D：陽(yáng)極氧化工藝第5章氧化工藝一、舊事重提第5章氧化工藝一、舊事重提1、氧化工藝的定義（*）

6、2、二氧化硅的結(jié)構(gòu)（**）3、二氧化硅膜的作用（*****）4、二氧化硅膜的厚度（**）5、氧化膜的獲得方法（****）二、氧化膜的生長(zhǎng)方法1、熱氧化生長(zhǎng)機(jī)制（***）2、熱氧化生長(zhǎng)方法（****）3、熱氧化系統(tǒng)和工藝（***）三、氧化膜檢驗(yàn)方法第5章氧化工藝二、氧化膜的生長(zhǎng)方法1、熱氧化機(jī)制（1）基本機(jī)理熱氧化是在Si/SiO2界面進(jìn)行，通過(guò)擴(kuò)散與化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。O2或H2O在生成的二氧化硅內(nèi)擴(kuò)散，到達(dá)Si/SiO2界面后再與Si反應(yīng)。（參閱圖7.8）結(jié)果：硅被消耗而變薄，氧化層增厚。Si（固態(tài)）+O2（氣態(tài)）?SiO2（固態(tài)）（>1000℃）生長(zhǎng)

7、1μm厚SiO2約消耗0.45μm厚的硅dSi=0.45dSiO21、熱氧化機(jī)制（2）熱氧化生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)（迪爾-格羅夫模型）NG氣體內(nèi)部氧化劑濃度NGSSiO2表面外側(cè)氧化劑濃度NOSSiO2表面內(nèi)側(cè)氧化劑濃度NSSiO2/Si界面處氧化劑濃度toxSiO2薄膜的厚度第5章氧化工藝二、氧化膜的生長(zhǎng)方法1、熱氧化機(jī)制（2）熱氧化生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)（迪爾-格羅夫模型）hG:氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)F1：氧化劑由氣體內(nèi)部傳輸?shù)綒怏w和氧化物界面的粒子流密度，即單位時(shí)間通過(guò)單位面積的原子數(shù)或分子數(shù)。第5章氧化工藝二、氧化膜的生長(zhǎng)方法1、熱氧化機(jī)制（2）熱氧化生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)（迪爾-

8、格羅夫模型）D0：氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)。F2：氧化劑擴(kuò)散通過(guò)已生成的二氧化硅到達(dá)SiO2/Si界面的擴(kuò)散流密度。第