半導體工藝(第4章)氧化

學習情景三：

薄膜制備

學習子情景1：

熱氧化用途（？種）二.氧化方法（？種）三.質量監(jiān)測（？檢測哪些）

二氧化硅膜用途五種用途雜質擴散掩蔽膜器件表面保護或鈍化膜電路隔離介質或絕緣介質電容介質材料MOS管的絕緣柵材料二氧化硅膜的性質1.二氧化硅膜的化學穩(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B、P、As等雜質在SiO2的擴散系數遠小于在Si中的擴散系數。Dsi>DSiO2

SiO2

膜要有足夠的厚度。一定的雜質擴散時間、擴散溫度下，有一最小厚度Zmin。3.二氧化硅膜的絕緣性質密度、折射率、電阻率、介電強度（熱擊穿、電擊穿）、介電常數；密度是二氧化硅致密程度的標志。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特性的參數。密度大的二氧化硅具有較大的折射率。電阻率：表征二氧化硅電學性能的重要參數；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。介電強度：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、雜質含量、制備方法等。一般為107~108V/cm。三、氧化方法1、熱氧化機理半導體工藝中的二氧化硅大多數是通過熱生長氧化法得到的，也就是讓硅片（晶圓）在高溫下，與氧化劑發(fā)生反應而生長一層SiO2膜的方法，其化學反應式如下：

Si(固態(tài))+O2(氣態(tài))SiO2(固態(tài))

化學反應非常簡單，但氧化機理并非如此，因為一旦在硅表面有二氧化硅生成，它將阻擋O2原子與Si原子直接接觸，所以其后的繼續(xù)氧化是O2原子通過擴散穿過已生成的二氧化硅層，向Si一側運動到達界面進行反應而增厚的。通過一定的理論分析可知，在初始階段，氧化層厚度(X)與時間(t)是線性關系，而后變成拋物線關系。（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生成二氧化硅起始層。

Si+O2SiO2特點：氧化速度慢，氧化層結構致密；表面是非極性的硅氧烷（Si-O-Si)結構，與光刻膠粘附良好，不易產生浮膠。（2）水汽氧化機理：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：水分子先與表面的二氧化硅反應生成硅烷醇（Si-OH）結構，即：

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

2(Si-OH)+Si-Si2(Si-O-Si)+H2水汽氧化特點：氧化速度快由于水汽進入，網絡中形成大量非僑聯氧，結構疏松氧化層表面是極性的硅烷醇，極易吸附水，導致與光刻膠粘附不強；（解決措施：經過吹干氧或干氮熱處理，硅烷醇可分解成硅氧烷結構，并排除水分）水汽來源：去離子水、氫氧直接燃燒合成。（3）濕氧氧化機理：氧氣在通入反應室之前，先通過加熱的高純去離子水，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之后出現的一種熱氧化方式。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，氯元素結合到氧化層中。作用：（1）可吸收、提取硅中有害雜質。如鈉離子(生成揮發(fā)性的氯化鈉）（2）不僅減少鈉離子玷污，還會使移動到