预览加载中，请您耐心等待几秒...

单晶硅的热氧化.pdf

预览
1/10
2/10
3/10
4/10
5/10
6/10
7/10
8/10
9/10
10/10

亲，该文档总共47页，到这已经超出免费预览范围，如果喜欢就直接下载吧～

下载提示 文本预览

如果您无法下载资料，请参考说明：

1、部分资料下载需要金币，请确保您的账户上有足够的金币

2、已购买过的文档，再次下载不重复扣费

3、资料包下载后请先用软件解压，在使用对应软件打开

http://www.xiyutec.com上海矽裕电子科技有限公司TEL:021-51385583 第七章 单晶硅的热氧化 在硅表面形成二氧化硅称为氧化，稳定且附着力强的二氧化硅的制成导致了硅集成电路 平面工艺的诞生。尽管有许多种在硅表面直接生成二氧化硅的方法，但通常还是采用热氧化 的方法来完成，这种方式就是将硅暴露在高温氧化环境(氧气，水)之中。热氧化方法能够在 二氧化硅薄膜的制备过程中使膜厚以及硅/二氧化硅界面特性得到控制。其它生长二氧化硅的 技术有等离子阳极氧化和湿法阳极氧化，但这两种技术都未在超大规模集成电路工艺中得到 广泛的应用。 在缓冲HF中的腐蚀速率1000折射系数1.46 (ٛ/min) 红外辐射吸收峰9.3比热(J/g°C)1.0 线性膨胀系数(cm/cm°C)5.0×10-7硅上膜内应力(dyne/cm2)2～4×109 分子重量60.08热导率(W/cm°C)0.014 每立方厘米分子数2.3×1022 表表表1.在超大规模集成电路工艺中应用的热二氧化硅膜厚的范围 表表表2.热二氧化硅部分物理常数 直流电阻率（Ωcm),25°C1014～1016绝缘常数3.8～3.9 密度（g/cm3)2.27能隙(eV)约8 绝缘强度（V/cm)5～10×106熔点(ٛC)约1700 111 真空吸笔‖‖‖理片机‖理片机‖‖‖倒片机‖倒片机‖‖‖金属片架‖金属片架‖‖‖取舟器石英舟‖取舟器石英舟///取舟器/取舟器‖‖‖外延石英钟罩‖外延石英钟罩‖‖‖定制工具‖定制工具‖‖‖净花及防静电用品‖净花及防静电用品 http://www.xiyutec.com上海矽裕电子科技有限公司TEL:021-51385583 SiO2厚度应用热 生成二 ٛ隧道效应氧化物100～60 氧化硅 ٛ栅氧，绝缘电容器500～150 在超大 ٛLOCOS(硅的局部氧化)规模集500～200 ٛ掩模，表面钝化成电路5000～2000 工艺中 ٛ场氧10000～3000 主要应 用于生成从60Å到1000Å厚的二氧化硅膜，这些膜的作用包括：a)离子注入和扩散掩蔽层；b) 硅表面钝化；c)器件隔离（例如硅的局部氧化，简称LOCOS);d)用作栅氧和在MOS器件中起 绝缘作用的电容器；e)用作在电可变ROMs(EAROMs)中的隧道效应氧化膜。表1列出了在这 些应用中膜厚的范围。 本章将讨论：a)石英玻璃和热生成二氧化硅的特性；b)氧化动力学；c)初始氧化过程以及 硅与二氧化硅的直接氮化;d)不同生长条件下的氧化速度；e)硅/二氧化硅界面特性；f)氧化过 程中掺杂浓度的再分配；g)氧化设备；h)氧化厚度的测量。多晶硅的氧化已在第六章中讨论 过。表2给出了所列热生成二氧化硅参数的典型值。 一一一、一、、、二氧化硅二氧化硅的特性 玻璃以及非晶态的二氧化硅统称为熔融二氧化硅。在一些文献中当写到炉体的时候，常 会提到熔融石英，这是误称，实际上这种炉体是用熔融二氧化硅制成的，石英是二氧化硅一 种结晶态的称谓。从热动力学的角度来说，当温度低于1710°C时，非晶态的二氧化硅是不稳 定的，这说明在1710°C以下，非晶态的二氧化硅有转变为结晶态的趋势(逆向玻璃化)，而且 发现随着温度的降低，转变的速率也下降，当温度降到1000°C以下时，实质上转变速率已接 近零。用熔融二氧化硅制成的炉管在高温下使用较长时间以后，表面会出现白色结晶物质， 这就是因为有逆向玻璃化的过程，这些物质可能成为粒子污染源。 Stevels和Kats设计了一个使熔融二氧化硅的结构更清楚、更直观的模型。尽管因为非晶 态没有长列结构，但在小范围内还是存在一定的有序状态，小范围的有序是指以SiO4的结构 式为中心，这种结构可以这样来描述：正四价硅原子位于一个规则多面体(如四面体或三角多 222 真空吸笔‖‖‖理片机‖理片机‖‖‖倒片机‖倒片机‖‖‖金属片架‖金属片架‖‖‖取舟器石英舟‖取舟器石英舟///取舟器/取舟器‖‖‖外延石英钟罩‖外延石英钟罩‖‖‖定制工具‖定制工具‖‖‖净花及防静电用品‖净花及防静电用品 http://www.xiyutec.com上海矽裕电子科技有限公司TEL:021-51385583 面体)的中心，在每个角上都有负二价的氧离子，硅与氧离子的距离，即相应四面体的边长， 为1.62Å，而氧离子与氧离子之间的距离为2.27Å。 然后多面体通过一个被称为桥键氧的氧离子互相连接，这个氧离子属于它所连接的两个 多面体共有，这就是结晶二氧化硅的情况。然而对于非晶态二氧化硅(熔融二氧化硅)，占据 一些多面体顶点的是非桥键氧，它不是两个相邻多面体所共有的，桥键氧相对于非桥键氧所 占的比例越高，玻璃的紧密性就越好。