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集成电路制造技术——原理与工艺(第3版)课件 3.2.2硅的热氧化_集成电路制造技术—原理与工艺_王蔚.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 3Deal-Grove热氧化模型SiSiO2附面层O2或 H2O气流方向氧化剂输运固相扩散 D-G模型将热氧化简化为:12化学反应 3反应副产物离开界面 4 硅的热氧化 一维D-G数学模型pgp0F1F2F3SiO2Si0xCgCsCoCi主流气体粘滞层O2(H2O) x0氧化剂输运1固相扩散2化学反应3热氧化是在氧气氛下进行,氧气流密度不变,即准平衡态稳定生长: F1=F2=F3 硅的热氧化 求解: c0、cipgp0F1F2F3SiO2Si0xCoCi主流气体粘滞层O2(H2O) x0借助亨利定律:由主气流区氧气分压Pg,同理可得氧化层中氧气的平衡浓度C*:-- 气相质量输运系数 由F1=F2=F3可得: 硅的热氧化 4热氧化生长速率生长一个SiO2,需要一个O2水汽氧化:Si + 2H2O → SiO2 + 2H2由:Si + O2 → SiO2 生长一个SiO2,需要二个H2O分子,N1=NSiO2=2.2×1022 分子/cm-3N1=2NSiO2 硅的热氧化 4热氧化生长速率氧化时间很短(t→0),-- 氧化速率方程-- 线性规律-- 为线性速率常数 氧化时间很长(t→∞),-- 抛物线规律B -- 为抛物线速率常数ks → 0SiO2SiC0CxD → 0Ci扩散控制化学反应控制12 硅的热氧化 实测值与模拟计算值的对比线性氧化速率:抛物线氧化速率:12氧化速率方程:在两种极限情况下:氧化时间很短长或时间很长时,实测值和计算值吻合。 硅的热氧化 5影响氧化速率的各种因素 氧化剂种类、温度、氧化剂分压、衬底晶向与掺杂浓度等因素都对氧化速率有影响。 氧化剂种类对氧化速率的影响氧化速率比较:O2 O2(H2O) H2OO2、H2O在氧化层中的扩散和与硅的反应均较快,而且O2略快于H2O。溶解度相差很大:c*O2 c*H2O 硅的热氧化 温度对氧化速率的影响ks、DSiO2、h等都与温度有关温度对氧化速率的影响很大 硅的热氧化 氧化剂分压对氧化速率的影响提高反应器内氧气或水汽的分压能提高线性氧化速率有高压氧化和低压氧化技术氧化剂分压对线性氧化速率的影响更些大氧化剂分压Pg是通过C*对B产生影响:B∝P 硅的热氧化 硅片晶向对氧化速率的影响 不同晶向的单晶硅由于表面原子密度不同,氧化速率也呈现各向异性。B/A依赖晶向,而B与晶向无关。(111)晶向速率最快,(100)晶向速率最慢。有空间位阻(Steric Hindrance)现象:指氧化剂分子近邻之间遮蔽作用和其它一些几何影响。 硅的热氧化 .杂质对氧化速率的影响 氧化速率对存在于掺杂剂中的钠、氯化物、水汽,以及在硅片中的Ⅲ、Ⅳ族杂质敏感。通常氧化剂中有微量的杂质存在就会明显地提高氧化速率。掺杂浓度越高氧化速率越快,这种现象称为增强氧化。氧化 硅的热氧化
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