氧化ppt课件

第三章 氧化,3-1 氧化膜 3-2 热氧化工艺,1,一、 SiO2特性 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 SiO2结构：结晶型 无定型 物理特性：电阻率 密度 介电常数K 等 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,2,SiO2的结构,3,二、 SiO2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,4,1.掩蔽杂质,选择性掺杂 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 掩蔽杂质：,5,2.栅氧电介质,栅氧结构： 用薄的氧化膜做介质材料 采用热氧化（干氧化法） 质量要求： 规范的厚度 高质量 膜厚均匀 无杂质,6,3.表面钝化和保护,表面钝化:束缚硅的悬挂键，降低其活性 SiO2坚硬，无孔（致密），可保护硅片免受划伤或工艺损伤 质量要求：均匀的厚度 无针孔和空隙,7,4.器件隔离,器件隔离 工艺技术： LOCOS工艺（用热氧化法） STI工艺（0.25m以下，用淀积法）,8,LOCOS工艺（局部氧化工艺）,9,STI工艺(浅槽隔离工艺),10,5.金属导电层间的绝缘介质,层间介质：用化学淀积法,11,3-2热氧化法（热氧化生长）,一、氧化方法 干氧法：Si(固)+O2(气)SiO2(固) 特点：生长缓慢，结构致密 水汽法：Si(固)+2H2O(水汽)SiO2(固)+2H2(气) 特点：生长速度快 致密性差 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 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,硅的消耗：氧化工艺中SiO2的生长都要消耗氧 氧化物形态：热氧化法生长的SiO2是无定形 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 SiO2Si界面：界面电荷堆积 缺陷：氧化诱生堆垛层错,14,氧化中硅的消耗,15,扩散运动,16,界面电荷堆积,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 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HCl,17,SiO2Si界面的正电荷区,18,氧化诱生堆垛层错OISF,是造成SiO2Si界面氧化不完全的原因，导致过多的硅空隙 解决：掺氯氧化,19,三、氧化物的生长速度,1.生长阶段：,20,2.影响参数,温度 氧化剂（O2或H2O） 压力 掺杂水平 硅的晶向,21,四、工艺与设备,1.工艺过程： 氧化前清洗氧化检查,22,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,23,2.氧化设备,高温炉（扩散炉）： 可用于热氧化 热退火 淀积膜 热扩散 主要有：卧式炉 立式炉 快速热处理（RTP）,24,设备特点,卧式炉和立式炉 基本工作原理一样 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 RTP 单片处理 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 温度均匀性差 最广泛的应用是离子注入后的退火,25,卧式扩散炉,26,卧式扩散炉结构示意图,27,立式扩散炉,28,立式炉系统示意图,29,RTP,30,RTP结构示意图,31,