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第三章氧化§3-1氧化膜§3-2热氧化工艺一、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SiO2的结构二、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1.掩蔽杂质选择性掺杂掩蔽:某种元素（BPAsSb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：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（0.25μm以下，用淀积法）LOCOS工艺（局部氧化工艺）STI工艺(浅槽隔离工艺)5.金属导电层间的绝缘介质层间介质：用化学淀积法§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→干干氧氧化系统水氧氧化系统二、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SiO2—Si界面：界面电荷堆积缺陷：氧化诱生堆垛层错氧化中硅的消耗扩散运动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HClSiO2—Si界面的正电荷区氧化诱生堆垛层错OISF是造成SiO2—Si界面氧化不完全的原因，导致过多的硅空隙解决：掺氯氧化三、氧化物的生长速度1.生长阶段：2.影响参数温度氧化剂（O2或H2O）压力掺杂水平硅的晶向四、工艺与设备1.工艺过程：氧化前清洗→氧化→检查湿法清洗：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）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卧式扩散炉卧式扩散炉结构示意图立式扩散炉立式炉系统示意图RTPRTP结构示意图