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1、Microelectronic Fabrication&MEMS Technology1目的目的:这种氧化硅是沾污并且通常是不须要的。这种氧化硅是沾污并且通常是不须要的。有时用于存储器存储或膜的钝化有时用于存储器存储或膜的钝化说明：在室温下生长速率是每小时说明：在室温下生长速率是每小时15到最大到最大40p+Siliconsubstrate二氧化硅二氧化硅自然氧化层自然氧化层Microelectronic Fabrication&MEMS Technology2目的：用做单个晶体管之间的隔离阻挡层，使它目的：用做单个晶体管之间的隔离阻挡层，使它们彼此隔离。们彼此隔离。Comments：通常场氧
2、化膜厚度从：通常场氧化膜厚度从2500到到15000。湿氧氧化是优选的生长方法湿氧氧化是优选的生长方法.Fieldoxide晶体管位置晶体管位置p+Siliconsubstrate场氧化层场氧化层Microelectronic Fabrication&MEMS Technology3栅氧化层栅氧化层目的目的:用做用做MOS晶体管栅和源漏之间的介质。晶体管栅和源漏之间的介质。说明：通常栅氧化膜厚度从大约说明：通常栅氧化膜厚度从大约20到几百到几百。干热氧化是优选的生长方法干热氧化是优选的生长方法GateoxideTransistorsitep+SiliconsubstrateSourceDrai
3、nGateMicroelectronic Fabrication&MEMS Technology4阻挡层氧化阻挡层氧化目的：爱护有源器件和硅免受后续工艺的影响目的：爱护有源器件和硅免受后续工艺的影响.说明：热生长几百埃的厚度说明：热生长几百埃的厚度阻挡氧化层阻挡氧化层DiffusedresistorsMetalp+SiliconsubstrateMicroelectronic Fabrication&MEMS Technology5掺杂阻挡层掺杂阻挡层目的：作为掺杂或注入杂质到硅片中的掩蔽材料目的：作为掺杂或注入杂质到硅片中的掩蔽材料说明：通过选择性扩散，掺杂物扩散到硅片未被说明：通过选择性扩
4、散，掺杂物扩散到硅片未被掩蔽的区域。掩蔽的区域。Phosphorus implantp+Silicon substratep-Epitaxial layerBarrier Oxiden-wellMicroelectronic Fabrication&MEMS Technology6目的：减小氮化硅目的：减小氮化硅(Si3N4)应力。应力。垫氧化层垫氧化层说明：热生长并非常薄。说明：热生长并非常薄。氮氧化硅，氮氧化硅，Siliconoxynitride氮化硅掩蔽氧化氮化硅掩蔽氧化Nitrideoxidationmask鸟嘴区，鸟嘴区，Birdsbeakregion选择性氧化选择性氧化Select
5、iveoxidation垫氧化层垫氧化层PadoxideSiliconsubstrateSilicondioxideMicroelectronic Fabrication&MEMS Technology7注入屏蔽氧化层注入屏蔽氧化层目的：用于减小注入沟道和损伤目的：用于减小注入沟道和损伤.说明：热生长说明：热生长IonimplantationScreenoxide硅上表面大的损伤硅上表面大的损伤+更强的沟道效应更强的沟道效应p+Siliconsubstrate硅上表面小的损伤硅上表面小的损伤+更弱的沟道效应更弱的沟道效应Microelectronic Fabrication&MEMS Tech
6、nology8金属层间绝缘阻挡层金属层间绝缘阻挡层目的：用做金属连线间的保护层。目的：用做金属连线间的保护层。说明：这种氧化硅不是热生长的，而是淀积的。说明：这种氧化硅不是热生长的，而是淀积的。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology9Microelectronic Fabrication&MEMS Technology1010颜色颜色氧化层厚度（氧化层厚度（）灰灰100黄褐黄褐300蓝蓝800紫紫10002750465065008500深蓝深蓝14003000490068008800绿绿18503300520072009300黄黄20003700
7、560075009600橙橙22504000600079009900红红250043506250820010200SiO2层厚度与颜色的关系层厚度与颜色的关系Microelectronic Fabrication&MEMS Technology11制备制备制备制备 SiOSiO2 2 薄膜的方法薄膜的方法薄膜的方法薄膜的方法热氧化、化学汽相淀积（热氧化、化学汽相淀积（CVD）、物理汽相淀积（）、物理汽相淀积（PVD）、）、离子注入氧化、阳极氧化等。离子注入氧化、阳极氧化等。热氧化的基本原理：热氧化的基本原理：热氧化的基本原理：热氧化的基本原理：在在T=9001200oC的高温下，利用的高温下，
8、利用硅与氧化剂之间的氧化反应，在硅衬底上形成硅与氧化剂之间的氧化反应，在硅衬底上形成SiO2薄膜。薄膜。氧化剂可以是纯氧氧化剂可以是纯氧O2（干氧氧化干氧氧化干氧氧化干氧氧化）、水蒸汽）、水蒸汽H2O（水汽氧水汽氧水汽氧水汽氧化化化化）或氧和水蒸汽的混合物）或氧和水蒸汽的混合物O2+H2O（湿氧氧化湿氧氧化湿氧氧化湿氧氧化）。）。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology124.1迪尔和格罗夫氧化模型迪尔和格罗夫氧化模型滞流层（附面层）滞流层（附面层）滞流层（附面层）滞流层（附面层）的概念的概念将从衬底表面气体流速将从衬底表面气体流速 v=0处到处到
9、v=0.99v0处之间的这一处之间的这一层气体层称为滞流层。式中层气体层称为滞流层。式中 v0为主气流流速。为主气流流速。主气流，主气流，v0氧化剂氧化剂基座基座滞流层滞流层xyLMicroelectronic Fabrication&MEMS Technology13CgCsCs/=CoCitox1、氧化剂从主气流穿过滞流层扩散到、氧化剂从主气流穿过滞流层扩散到SiO2表面，表面，2、氧化剂从、氧化剂从SiO2表面扩散到表面扩散到SiO2/Si界面上，界面上，3、氧化剂到达、氧化剂到达SiO2/Si界面后同界面后同Si发生化学反应，发生化学反应，tsl热氧化过程热氧化过程热氧化过程热氧化过程
10、Microelectronic Fabrication&MEMS Technology14上上式式中中，hg=Dg/ts1为为气气气气相相相相质质质质量量量量输输输输运运运运系系系系数数数数，ks为为氧氧化化剂剂与与硅硅反反应应的界面的界面化学反应速率常数化学反应速率常数化学反应速率常数化学反应速率常数。Co与与Cs的的关关系系可可由由Henry定定律律得得到到。Henry定定律律说说明明，固固体体中中某某种种物物质质的的浓浓度度正正比比于于其其四四周周气气体体中中该该种种物物质质的的分分压压，因此，因此SiO2表面处的氧化剂浓度表面处的氧化剂浓度Co为为在平衡状态下，在平衡状态下，式中，式中
11、，H为为Henry定律常数，后一个等号是依据志向气体定律。定律常数，后一个等号是依据志向气体定律。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology15将将以以上上各各方方程程联联立立求求解解，可可以以得得到到SiO2/Si界界面面处处的的氧氧化化剂剂浓度为浓度为式式中中，h=hg/HkT。在在常常压压下下hks，故故分分母母中中的的其其次次项项可可以以忽忽视视。这这说说明明在在热热氧氧化化时时，气气流流的的影影响响极极其其微微弱弱。于于是是可可得得到到SiO2/Si界面处的氧化剂流密度为界面处的氧化剂流密度为Microelectronic Fabricat
12、ion&MEMS Technology16SiOSiO2 2 膜的生长速率和厚度的计算膜的生长速率和厚度的计算膜的生长速率和厚度的计算膜的生长速率和厚度的计算将将上上式式的的SiO2/Si界界面面处处氧氧化化剂剂流流密密度度J3除除以以单单位位体体积积的的SiO2所含的氧化剂分子数所含的氧化剂分子数N1，即可得到，即可得到SiO2膜的生长速率膜的生长速率当当氧氧化化剂剂为为O2时时，N1为为 2.2 1022/cm3；当当氧氧化化剂剂为为H2O时，时，N1为为4.4 1022/cm3。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology17利用利用tox(0)
13、=t0的初始条件，以上微分方程的解是的初始条件，以上微分方程的解是式中式中或或方程中的参数方程中的参数A、B可利用图可利用图4.2、图、图4.3干脆查到。干脆查到。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology18Microelectronic Fabrication&MEMS Technology19Microelectronic Fabrication&MEMS Technology20要要留留意意的的是是，当当氧氧化化层层比比较较厚厚时时，氧氧化化速速率率将将随随氧氧化化层层厚厚度度的的变变更更而而变变更更。因因此此，假假如如在在氧氧化化起起先先时
14、时已已存存在在初初始始氧氧化化层层厚厚度度t0，则则氧氧化化完完成成后后的的氧氧化化层层厚厚度度并并不不是是无无t0时时氧氧化化得得到到的的氧氧化化层层厚厚度度与与t0之之和和，而而必必需需先先用用t0确确定定，再再将将与与t相相加得到有效氧化时间。加得到有效氧化时间。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology214.2线性和抛物线速率系数线性和抛物线速率系数当当tox较薄时，较薄时，DSiO2/toxks，t+A2/4B，此时此时SiO2的生长由化学反应速率常数的生长由化学反应速率常数ks限制，膜厚与时限制，膜厚与时间成正比，称为线性生长阶段，间成
15、正比，称为线性生长阶段，B/A称为称为线性速率系数线性速率系数。一、线性速率系数一、线性速率系数一、线性速率系数一、线性速率系数Microelectronic Fabrication&MEMS Technology22此时此时SiO2的生长由扩散系数的生长由扩散系数DSiO2限制，膜厚与限制，膜厚与成正比，称为抛物线生长阶段。成正比，称为抛物线生长阶段。B称为称为抛物线速率系数抛物线速率系数。当当tox较厚时，较厚时，DSiO2/toxA2/4B，二、抛物线速率系数二、抛物线速率系数二、抛物线速率系数二、抛物线速率系数Microelectronic Fabrication&MEMS Techn
16、ology23还有一个问题要留意，氧化过程中要消耗掉一部分衬底中还有一个问题要留意，氧化过程中要消耗掉一部分衬底中的硅的硅。氧化层厚度。氧化层厚度tox与消耗掉的硅厚度与消耗掉的硅厚度tsi的关系是的关系是tsi=0.44toxtox=2.27tsi对一个平整的硅片表面进行氧化和光刻后，若再进行一次对一个平整的硅片表面进行氧化和光刻后，若再进行一次氧化，则下面的氧化，则下面的SiO2/Si面将不再是平整的。面将不再是平整的。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology24三、影响氧化速率的各种因素三、影响氧化速率的各种因素三、影响氧化速率的各种因素三、
17、影响氧化速率的各种因素1.Thicker at higher than at lower temperature.2.Thicker with wet(H2O)than with dry(O2)oxidation.3.Thicker on(111)than on(100)oriented surface.Microelectronic Fabrication&MEMS Technology25不同的氧化剂有不同的氧化速率系数，氧化速率的大小依不同的氧化剂有不同的氧化速率系数，氧化速率的大小依次为，水汽次为，水汽湿氧湿氧干氧。而氧化膜质量的好坏依次则为，干氧。而氧化膜质量的好坏依次则为，干氧干氧
18、湿氧湿氧水汽，所以很多状况下接受水汽，所以很多状况下接受“干氧干氧-湿氧湿氧-干氧干氧”的依次来进行氧化。例如，的依次来进行氧化。例如，由于由于MOSFET对栅氧化膜质量的要求特殊高，而栅氧化膜对栅氧化膜质量的要求特殊高，而栅氧化膜的厚度较薄，所以的厚度较薄，所以MOSFET的栅氧化通常接受干氧氧化。的栅氧化通常接受干氧氧化。1 1、氧化剂种类的影响、氧化剂种类的影响、氧化剂种类的影响、氧化剂种类的影响Microelectronic Fabrication&MEMS Technology26Microelectronic Fabrication&MEMS Technology27Microel
19、ectronic Fabrication&MEMS Technology28在抛物线生长阶段在抛物线生长阶段，氧化速率随着氧化膜的变厚而变慢，氧化速率随着氧化膜的变厚而变慢，因此要获得较厚氧化膜就须要很高的温度和很长的时间。这，因此要获得较厚氧化膜就须要很高的温度和很长的时间。这时可接受时可接受高压水汽氧化高压水汽氧化技术，即在几到几十个大气压下通过技术，即在几到几十个大气压下通过增大氧化剂分压增大氧化剂分压Pg来提高氧化速率。来提高氧化速率。2 2、氧化剂分压的影响、氧化剂分压的影响、氧化剂分压的影响、氧化剂分压的影响无论在氧化的哪一个阶段，无论在氧化的哪一个阶段，氧化速率系数均与氧化剂的分
20、氧化速率系数均与氧化剂的分氧化速率系数均与氧化剂的分氧化速率系数均与氧化剂的分压压压压 P Pg g 成正比成正比成正比成正比。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology291.Both B and B/A depended on Pg.2.Pressure increase Pg Faster oxidationMicroelectronic Fabrication&MEMS Technology30反过来，当须要极薄氧化膜的时候，例如反过来，当须要极薄氧化膜的时候，例如MOSFET的栅的栅氧化，可以接受氧化，可以接受分压热氧化分压热氧化技术。技术
21、。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology313 3、氧化温度的影响、氧化温度的影响、氧化温度的影响、氧化温度的影响结论结论Microelectronic Fabrication&MEMS Technology324 4、硅表面晶向的影响、硅表面晶向的影响、硅表面晶向的影响、硅表面晶向的影响线性速率系数线性速率系数B/A与硅原子晶向有关，即与硅原子晶向有关，即抛物线速率系数抛物线速率系数B 与硅晶向无关。与硅晶向无关。5 5、杂质的影响、杂质的影响、杂质的影响、杂质的影响(1)氧化层中高浓度的氧化层中高浓度的Na+将增大将增大B和和B/A；(2)氧
22、氧化化剂剂中中若若含含Cl2、HCl、DCE、TCE、TCA等等，将将有有利利于于改改善善SiO2质质量量和和SiO2/Si界界面面性性质质，并并会会增增大大B和和B/A；(3)重重掺掺杂杂硅硅比比轻轻掺掺杂杂氧氧化化快快。硅硅中中硼硼浓浓度度增增大大，B增增大大，B/A的变更不大；硅中磷浓度增大，的变更不大；硅中磷浓度增大，B/A增大，增大，B的变更不大。的变更不大。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology334.3初始阶段的氧化初始阶段的氧化试试验验发发觉觉，在在氧氧化化膜膜厚厚度度tox30nm的的氧氧化化初初始始阶阶段段，氧氧化速率比由迪尔
23、化速率比由迪尔-格罗夫模型预料的快了格罗夫模型预料的快了4倍多。倍多。可可以以通通过过对对值值进进行行校校正正来来提提高高模模型型的的精精度度，但但是是这这会会使使在氧化膜极薄时预料的氧化膜厚度比实际的偏厚。在氧化膜极薄时预料的氧化膜厚度比实际的偏厚。说明氧化初始阶段氧化速率增加机理的模型主要有三种：说明氧化初始阶段氧化速率增加机理的模型主要有三种：模型模型模型模型 1 1，氧化剂扩散穿过氧化剂扩散穿过SiO2层的速率加快；层的速率加快；模型模型模型模型 2 2，氧化剂在氧化剂在SiO2层中的溶解度增加；层中的溶解度增加；模型模型3，氧化反应在，氧化反应在SiO2层的确定厚度内发生，层的确定厚
24、度内发生，Microelectronic Fabrication&MEMS Technology344.4SiO2的结构的结构SiO2分为分为结晶形结晶形和和无定形无定形两类。结晶形两类。结晶形SiO2由由Si-O四四面体面体在空间规则排列而成，如水晶在空间规则排列而成，如水晶；无定形；无定形SiO2是是Si-O四面四面体在空间无规则排列而成，为透亮的玻璃体、非晶体，其密度体在空间无规则排列而成，为透亮的玻璃体、非晶体，其密度低于前者，如热氧化的低于前者，如热氧化的SiO2、CVD淀积的淀积的SiO2等。等。Si-O四面体的结构是，四面体的结构是，4个氧原子位于四面体的个氧原子位于四面体的4个
25、角上，个角上，1个硅原子位于四面体的中心。每个氧原子为两个相邻四面体所个硅原子位于四面体的中心。每个氧原子为两个相邻四面体所共有。共有。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology35SiO2中硅原子要运动须打断四个中硅原子要运动须打断四个Si-O键，而氧原子的运动键，而氧原子的运动最多打断两个键，因此最多打断两个键，因此硅空位的出现比氧空位要困难得多硅空位的出现比氧空位要困难得多硅空位的出现比氧空位要困难得多硅空位的出现比氧空位要困难得多。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology364.5SiO2 的特性
26、的特性物理性质物理性质物理性质物理性质SiSiO2比重（比重（g/cm3）2.232.20禁禁 带带 宽宽 度度（eV）1.128相对介电常数相对介电常数11.73.9熔点（熔点（）14171700热导率热导率（W/cm.k）1.50.01击穿电场击穿电场（V/cm）31056106一、一、一、一、Microelectronic Fabrication&MEMS Technology37二、化学性质二、化学性质SiO2的化学性质特别稳定，仅被的化学性质特别稳定，仅被HF酸腐蚀酸腐蚀Microelectronic Fabrication&MEMS Technology38三、三、三、三、SiO2
27、SiO2的掩蔽作用的掩蔽作用的掩蔽作用的掩蔽作用杂质在杂质在杂质在杂质在SiO2SiO2中有两种存在形式。中有两种存在形式。中有两种存在形式。中有两种存在形式。B B、P P、AsAs、SbSb等等等等、族族族族杂杂杂杂质质质质是是是是替替替替位位位位式式式式杂杂杂杂质质质质，在在在在 SiO2SiO2中中中中替替替替代代代代硅硅硅硅原原原原子子子子，在在在在 SiO2SiO2中中中中的的的的 扩扩扩扩散散散散系系系系数数数数很很很很小小小小。其其其其中中中中 族族族族杂杂杂杂质质质质形形形形成成成成负负负负电电电电中中中中心心心心，使使使使非非非非桥桥桥桥联联联联氧氧氧氧转转转转变变变变成成
28、成成桥桥桥桥联联联联氧氧氧氧，增增增增加加加加 SiO2SiO2网网网网络络络络的的的的强强强强度度度度；族族族族杂杂杂杂质质质质形形形形成成成成正正正正电电电电中中中中心心心心，使使使使桥桥桥桥联联联联氧氧氧氧转转转转变变变变成成成成非非非非桥桥桥桥联联联联氧氧氧氧，减减减减弱弱弱弱 SiO2SiO2网络的强度。网络的强度。网络的强度。网络的强度。NaNa、KK、PbPb、CaCa等等等等的的的的氧氧氧氧化化化化物物物物以以以以离离离离子子子子形形形形式式式式存存存存在在在在于于于于 SiO2SiO2网网网网络络络络的的的的间间间间隙隙隙隙中中中中，是是是是填填填填隙隙隙隙式式式式杂杂杂杂质
29、质质质，在在在在 SiO2SiO2中中中中的的的的 扩扩扩扩散散散散系系系系数数数数很很很很大大大大。网网网网络络络络中中中中氧氧氧氧离离离离子子子子增增增增加加加加使使使使非非非非桥桥桥桥联联联联氧氧氧氧增增增增多多多多，网网网网络络络络强强强强度度度度减减减减弱弱弱弱，熔熔熔熔点点点点降降降降低低低低；间间间间隙隙隙隙式式式式杂杂杂杂质质质质的的的的运运运运动动动动会会会会影影影影响响响响器器器器件件件件的的的的稳稳稳稳定定定定性性性性和和和和牢牢牢牢靠靠靠靠性性性性。水水水水汽汽汽汽中中中中的的的的羟羟羟羟基基基基起类似的作用。起类似的作用。起类似的作用。起类似的作用。Microelec
30、tronic Fabrication&MEMS Technology39Microelectronic Fabrication&MEMS Technology40Microelectronic Fabrication&MEMS Technology41四、氧化膜的质量检测四、氧化膜的质量检测四、氧化膜的质量检测四、氧化膜的质量检测1 1、氧化膜厚度的测量方法、氧化膜厚度的测量方法、氧化膜厚度的测量方法、氧化膜厚度的测量方法(1)光干涉法光干涉法Microelectronic Fabrication&MEMS Technology4242颜色颜色氧化层厚度（氧化层厚度（）灰灰100黄褐黄褐300
31、蓝蓝800紫紫10002750465065008500深蓝深蓝14003000490068008800绿绿18503300520072009300黄黄20003700560075009600橙橙22504000600079009900红红250043506250820010200SiO2层厚度与颜色的关系层厚度与颜色的关系Microelectronic Fabrication&MEMS Technology43(2)椭圆偏振光法椭圆偏振光法(4)击穿电压法击穿电压法(5)电容法电容法(6)比色法比色法(3)台阶仪法台阶仪法Microelectronic Fabrication&MEMS Tec
32、hnology442 2、氧化膜缺陷的检测、氧化膜缺陷的检测、氧化膜缺陷的检测、氧化膜缺陷的检测包括氧化膜针孔、氧化诱生层错的检测包括氧化膜针孔、氧化诱生层错的检测5 5、氧化膜应力的测量、氧化膜应力的测量、氧化膜应力的测量、氧化膜应力的测量圆盘弯曲法、基片弯曲法、圆盘弯曲法、基片弯曲法、X射线法和电子衍射技术。射线法和电子衍射技术。3 3、氧化膜介电系数的测量、氧化膜介电系数的测量、氧化膜介电系数的测量、氧化膜介电系数的测量4 4、氧化膜击穿特性的测量、氧化膜击穿特性的测量、氧化膜击穿特性的测量、氧化膜击穿特性的测量Microelectronic Fabrication&MEMS Techn
33、ology454.6掺杂杂质对氧化过程的影响掺杂杂质对氧化过程的影响在在热热氧氧化化过过程程中中，硅硅衬衬底底中中的的杂杂质质分分布布会会发发生生变变更更，这这称称为为衬底杂质的再分布。引起衬底杂质再分布的缘由有衬底杂质的再分布。引起衬底杂质再分布的缘由有1、杂质在、杂质在Si、SiO2中平衡浓度不同中平衡浓度不同2、杂质在、杂质在Si、SiO2中扩散速度不同中扩散速度不同3、氧化速度与氧化层厚度、氧化速度与氧化层厚度Microelectronic Fabrication&MEMS Technology46热氧化时杂质在热氧化时杂质在SiO2/Si界面再分布的界面再分布的4种状况种状况(a)氧
34、化层中慢扩散（硼）；氧化层中慢扩散（硼）；(b)氧化层中快扩散（硼，氧化层中快扩散（硼，H2气氛下）；气氛下）；(c)氧化层中慢扩散（磷）；氧化层中慢扩散（磷）；(d)氧化层中快扩散（镓）氧化层中快扩散（镓）Microelectronic Fabrication&MEMS Technology47热氧化过程中硅中杂质再分布的规律热氧化过程中硅中杂质再分布的规律1、硅中掺硼、硅中掺硼(1)温温度度确确定定时时，水水汽汽氧氧化化（湿湿氧氧氧氧化化）导导致致杂杂质质再再分分布布程度增大，其程度增大，其NS/NB小于干氧氧化；小于干氧氧化；(2)相相同同氧氧化化气气氛氛下下，氧氧化化温温度度越越高高，
35、硼硼向向硅硅表表面面扩扩散散速速度度加快，补偿了杂质的损耗，加快，补偿了杂质的损耗，NS/NB趋于趋于1。2、硅中掺磷、硅中掺磷(1)温度确定时，水汽氧化（湿氧氧化）导致杂质再分布程温度确定时，水汽氧化（湿氧氧化）导致杂质再分布程度增大，其度增大，其NS/NB大于干氧氧化；大于干氧氧化；(2)相同氧化气氛下，氧化温度越高，磷向硅内扩散的速度相同氧化气氛下，氧化温度越高，磷向硅内扩散的速度越快，表面积累现象减小，越快，表面积累现象减小，NS/NB趋于趋于1。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology484.7氧化诱生堆垛层错氧化诱生堆垛层错热热氧氧化化
36、有有一一种种副副效效应应，即即释释放放出出高高密密度度的的自自填填隙隙硅硅原原子子。这这些些过过剩剩的的填填隙隙原原子子构构成成了了点点缺缺陷陷，并并延延长长成成氧氧化化诱诱生生堆堆垛垛层层错错（OSF）。OSF是是一一种种二二维维缺缺陷陷，是是插插入入到到晶晶格格中中有有限限范范围围的的额额外外原原子子面面，并并终终止止于于位位错错，通通常常存存在在于于（111）面面。当当原原来来存在如离子注入引起的缺陷时，很简洁诱生出存在如离子注入引起的缺陷时，很简洁诱生出OSF。降降低低氧氧化化温温度度，接接受受高高压压氧氧化化，在在氧氧气气中中加加入入少少量量HCl等等措施，可以抑制氧化诱生堆垛层错的
37、产生。措施，可以抑制氧化诱生堆垛层错的产生。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology493.8栅绝缘层的替代物栅绝缘层的替代物MOSFET的栅氧化层厚度始终在不断减薄，但是进一步的栅氧化层厚度始终在不断减薄，但是进一步的减薄将受到下面几个因素的限制。的减薄将受到下面几个因素的限制。首先，当栅氧化层特别薄时，栅极与沟道之间的首先，当栅氧化层特别薄时，栅极与沟道之间的电子干脆电子干脆隧穿电流隧穿电流将显著增大，导致栅电流的增大和输入阻抗的下降。将显著增大，导致栅电流的增大和输入阻抗的下降。其次，太薄的栅氧化层难以掩蔽杂质向沟道区的扩散。其次，太薄的栅氧
38、化层难以掩蔽杂质向沟道区的扩散。接受接受高介电常数高介电常数的材料代替的材料代替SiO2作为栅绝缘层，可以在作为栅绝缘层，可以在不降低栅绝缘层厚度的状况下，获得足够大的栅电容。不降低栅绝缘层厚度的状况下，获得足够大的栅电容。SiOxNy或或HfO2是这类替代材料。是这类替代材料。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology504.9氧化系统氧化系统依据集成电路的要求确定氧化工艺依据集成电路的要求确定氧化工艺1、高质量氧化：干氧氧化或分压氧化；、高质量氧化：干氧氧化或分压氧化；2、厚厚层层的的局局部部氧氧化化或或场场氧氧化化：干干氧氧+湿湿氧氧+干干氧氧
39、，或或高高压压水汽氧化；水汽氧化；3、低低界界面面态态氧氧化化：掺掺氯氯氧氧化化、湿湿氧氧氧氧化化加加掺掺氯氯气气氛氛退退火火或或分压氧化（分压氧化（H2O或或O2+N2或或Ar或或He等）。等）。主主要要接接受受卧卧式式氧氧化化炉炉，要要求求温温度度可可在在4001200oC的的范范围围内内设设定定，并并在在足足够够长长的的区区域域（称称为为恒恒温温区区）内内达达到到小小于于0.5oC的匀整性。的匀整性。Microelectronic Fabrication&MEMS Technology514.10小结小结本本章章首首先先介介绍绍了了热热氧氧化化的的迪迪尔尔-格格罗罗夫夫模模型型，它它能能
40、精精确确预预料料各各种种氧氧化化条条件件下下的的氧氧化化层层厚厚度度。对对于于薄薄氧氧化化层层，视视察察到到生生长长速速率率增增加加现现象象，给给出出了了说说明明这这个个现现象象的的几几种种模模型型。介介绍绍了了SiO2的的结结构构和和特特性性。探探讨讨了了氧氧化化过过程程对对硅硅中中杂杂质质浓浓度度及及其其分分布布的的影影响响。氧氧化化会会在在硅硅内内产产生生氧氧化化诱诱生生堆堆垛垛层层错错，其其缘缘由由是是工工艺艺过过程程中中产产生的高密度自填隙硅原子。最终介绍了氧化系统。生的高密度自填隙硅原子。最终介绍了氧化系统。Microelectronic Fabrication&MEMS Tech
41、nology52习习题题1、在、在1000oC下对硅片进行两次干氧氧化，下对硅片进行两次干氧氧化，第第1次氧化要得到次氧化要得到50nm的氧化层，第的氧化层，第2次氧化次氧化将氧化层加厚到将氧化层加厚到100nm，试计算每次氧化所须，试计算每次氧化所须要的时间。要的时间。2、在、在1050oC下对硅片进行湿氧氧化，试下对硅片进行湿氧氧化，试计算为得到计算为得到1m厚的氧化层所须要的氧化时厚的氧化层所须要的氧化时间。然后再计算在间。然后再计算在5个和个和20个大气压下进行湿个大气压下进行湿氧氧化所须要的时间氧氧化所须要的时间3、在平整的硅片表面用热氧化形成、在平整的硅片表面用热氧化形成1m厚的厚的SiO2膜后，光刻出一个窗口。再次进行热膜后，光刻出一个窗口。再次进行热氧化，使窗口内又形成氧化，使窗口内又形成1m厚的厚的SiO2，这，这时时SiO2表面和硅表面的台阶高度分别是多少？表面和硅表面的台阶高度分别是多少？