第三章第三章 氧化氧化3-1 3-1 氧化膜 3-2 3-2 热氧化工艺1一、SiO2特性n n自然氧化膜，在工艺制造中认为是一种沾污。工艺中需要的氧化膜（SiO2）可以通过热氧化或淀积得到n nSiO2结构：结晶型无定型n n物理特性：电阻率密度介电常数K 等n n化学特性：稳定，常温下只溶于HF酸具有酸性氧化物的性质3-1氧化膜氧化膜2SiO2的结构的结构3二、二、 SiO2的用途的用途1.掩蔽杂质2.栅氧电介质3.表面钝化和保护4.器件隔离5.金属导电层间的绝缘介质41.掩蔽杂质掩蔽杂质n n选择性掺杂n n掩蔽: 某种元素（B P As Sb等）在SiO2扩散的速度比在Si扩散的速度要慢的多，称SiO2对这些元素有掩蔽作用n n掩蔽杂质：52.栅氧电介质栅氧电介质n n栅氧结构：栅氧结构：用薄的氧化膜做介质材料用薄的氧化膜做介质材料采用热氧化（干氧化法）采用热氧化（干氧化法）n n质量要求：质量要求：规范的厚度规范的厚度高质量高质量膜厚均匀膜厚均匀无杂质无杂质63.表面钝化和保护表面钝化和保护n n表面钝化:束缚硅的悬挂键，降低其活性n nSiO2坚硬，无孔（致密），可保护硅片免受划伤或工艺损伤n n质量要求：均匀的厚度无针孔和空隙74.器件隔离器件隔离n n器件隔离n n工艺技术：LOCOS工艺（用热氧化法）STI工艺（0.25m以下，用淀积法）8LOCOS工艺（局部氧化工艺）工艺（局部氧化工艺）9STI工艺工艺(浅槽隔离工艺浅槽隔离工艺)105.金属导电层间的绝缘介质金属导电层间的绝缘介质n n层间介质：用化学淀积法113-2热氧化法（热氧化生长）热氧化法（热氧化生长）一、氧化方法n n干氧法：Si(固)+O2(气)SiO2(固) 特点：生长缓慢，结构致密n n水汽法：Si(固)+2H2O(水汽)SiO2(固)+2H2(气) 特点：生长速度快致密性差n n湿氧法：干氧与水汽按比例混合特点：湿氧法制备的膜比干氧的密度小n n实际工艺中使用三步氧化法：干湿干12干氧氧化系统水氧氧化系统13二、氧化生长模式二、氧化生长模式n n硅的消耗：氧化工艺中SiO2的生长都要消耗氧n n氧化物形态：热氧化法生长的SiO2是无定形n n扩散运动：随着的SiO2生长，SiO2会隔离开氧气和硅片，氧气要通过扩散运动穿过已生长的SiO2层与硅片接触反应n nSiO2Si界面：界面电荷堆积n n缺陷：氧化诱生堆垛层错14氧化中硅的消耗氧化中硅的消耗15扩散运动扩散运动16界面电荷堆积界面电荷堆积n n由于不完全氧化，造成带正电电荷区原因：过剩硅离子，产生悬挂键，出现净电荷解决：H2或H2和N2混合气氛中低温退火n n由于沾污引入碱金属离子（如Na+），是可动正离子解决：热氧化中掺入HCl17SiO2Si界面的正电荷区界面的正电荷区18氧化诱生堆垛层错氧化诱生堆垛层错OISFn n是造成SiO2Si界面氧化不完全的原因，导致过多的硅空隙n n解决：掺氯氧化19三、氧化物的生长速度1.生长阶段：202.影响参数影响参数n n温度n n氧化剂（O2或H2O）n n压力n n掺杂水平n n硅的晶向21四、工艺与设备四、工艺与设备1.工艺过程：n n氧化前清洗氧化检查22n n湿法清洗：去除颗粒，可动离子，天然氧化层等氧化：含氯干氧清洗石英管干湿干交替氧化检查：膜厚均匀性颗粒缺陷等232.氧化设备氧化设备n n高温炉（扩散炉）：可用于热氧化热退火淀积膜热扩散n n主要有：卧式炉立式炉快速热处理（RTP）24设备特点设备特点n n卧式炉和立式炉卧式炉和立式炉 基本工作原理一样基本工作原理一样热壁炉体（硅片和炉壁都需要加热）热壁炉体（硅片和炉壁都需要加热）立式炉占地面积小，便于自动化，颗粒沾污少立式炉占地面积小，便于自动化，颗粒沾污少n nRTP RTP 单片处理单片处理冷壁炉体（炉壁不加热，只对硅片加热）冷壁炉体（炉壁不加热，只对硅片加热）升温快，加工时间短，沾污少升温快，加工时间短，沾污少温度均匀性差温度均匀性差最广泛的应用是离子注入后的退火最广泛的应用是离子注入后的退火25卧式扩散炉卧式扩散炉26卧式扩散炉结构示意图卧式扩散炉结构示意图27立式扩散炉立式扩散炉28立式炉系统示意图立式炉系统示意图29RTP30RTP结构示意图结构示意图31