集成电路制造技术——原理与工艺(第3版)课件3.2硅的热氧化的工艺部分.pptx
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集成电路制造技术集成电路制造技术JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU ——原理与工艺主讲/田丽王蔚
热氧化第3章 热氧化JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU
3.1 二氧化硅薄膜概述3.2 硅的热氧化3.3 初始氧化阶段及薄氧化层制备3.4 热氧化过程中杂质再分布3.5 氧化层的质量及检测3.6 热氧化技术及其工艺展望目 录CONTENTS
硅的热氧化1 热氧化工艺氧化示意图卧式氧化炉立式氧化炉
1热氧化工艺 三种热氧化工艺方法干氧氧化:Si+O2 → SiO2氧化层结构致密,掩蔽能力强,表面干燥是Si-O结构,适合光刻;但是,生长速率慢,不适合生长厚氧化层。湿氧氧化:Si+H2O(O2) → SiO2+H2O水汽氧化:Si+(H2+O2 ) → SiO2+H2与干氧氧化相比,氧化层致密度较低,结构疏松,薄膜表面是硅烷醇结构,易吸附水,后续的光刻困难。氧化层的生长速率和质量介于干氧和水汽两种方式之间。 硅的热氧化
三种热氧化方法的比较 氧化方式氧化温度(℃)生长速率常数(?m2/min)生长0.5μmSiO2所需时间(min)SiO2的密度(g/mm)介电强度(106V/cm)注干氧10001.48×10-4180022×10-43602.15湿氧100038.5×10-4632.21水浴温度95℃1200117.5×10-4222.12水汽100043.5×10-4582.086.8~9水汽发生器水温102℃1200133×10-4182.05 硅的热氧化
1热氧化工艺 工艺的应用掩膜氧化(厚氧化层)干氧-湿氧-干氧薄层氧化(MOS栅氧化层)干氧 掺氯氧化SiSiO2 硅的热氧化
工艺举例制备约0.6μm氧化层作为扩散掺杂掩膜工艺条件:3吋硅片,干氧10min-湿氧50min(水温98℃)-干氧15min,温度:1180℃,氧气流量:1L/min。工艺流程:洗片→升温→生长→取片洗片:湿法清洗干净、烘干备用。升温:设定氧化炉的工艺条件,硅片装炉,开机升温。生长:设定氧化炉自动进行干氧湿氧切换,完成氧化层生长。取片:将氧化好的硅片取出,停气、停炉。 硅的热氧化
2热氧化机理硅常温下暴露在空气中的表面:Si +O2 → SiO2Si + H2O(O2) → SiO2 + H2O表面的氧化膜逐渐增厚到40?左右就停止了高温下,氧或水分子扩散到达氧化层/硅界面,与硅发生反应生成二氧化硅,氧化膜继续增厚 硅的热氧化
2热氧化机理SiSiSiO2氧化 dSidSiO2生长1μm厚二氧化硅约消耗0.44μm厚的硅Si桥联O非桥联O 硅的热氧化
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