SiO2与Si之间完美的界面特性是成就硅时代的主要原因TEM照片——单晶硅表面热氧化所得非晶二氧化硅薄膜SiO2的基本性质可以方便地利用光刻和刻蚀实现图形转移可以作为多数杂质掺杂的掩蔽(B,P,As,Sb)优秀的绝缘性能(>1016cm,Eg>9eV)很高的击穿电场(>107V/cm)体电学性能稳定稳定、可重复制造的Si/SiO2界面SiO2的结构非桥联氧热氧化生长，水存在的情况：Si:O:SiSi:O:H+H:O:Si掺杂杂质：取代Si的位置，网络形成体（B，P）占据间隙位置，网络变性体（金属原子Na,K）SiO2在IC中的应用不同方法制作的SiO2的性质对比（定性）0.8nm栅氧化层氧化反应方程式（Overallreaction）氧化生长——消耗硅LOCOS中，氧化硅的体积为所消耗的硅体积的2.2倍SiO2生长动力学Deal－Grove模型－硅的热氧化模型Deal-Grove模型F1：从气相区到硅片氧化层表面的氧分子流密度F3：通过Si/SiO2界面产生化学反应的氧分子流密度在稳态条件下，应有若N1是指形成单位体积（cm3）SiO2所需要的氧化剂分子数即对于O2氧化，N1＝2.2×1022cm-3对于H2O氧化，N1＝4.4×1022cm-3为了讨论方便，上式改写为实验法提取B和B/A的值24D-G模型的计算值：干O2气氛中的热氧化D-G模型的计算值：H2O气氛中的热氧化D－G模型小结对于超薄热干氧化，G-D模型无法准确描述，实验表明在20nm之内的热氧化生长速度和厚度比G-D模型大的多。ModelofMassoudetal：影响氧化速率的因素实验表明：对于和H2O氧化，氧化硅生长速率正比于PG，而O2的氧化无法完全用线性关系描述。晶向对氧化速率的影响衬底取向对氧化速率影响的原因（100）Si，inH2Oat900Cfor30min掺杂对氧化速率的影响掺氯对氧化速率的影响掺有杂质的硅在热氧化过程中，靠近界面的硅中杂质，将在界面两边的硅和二氧化硅中发生再分布。其决定因素有：杂质的分凝现象杂质通过SiO2表面逸散氧化速率的快慢杂质在SiO2中的扩散速度热氧化时杂质在界面上的再分布的诱因k<1，并且杂质在氧化物中扩散很慢。例如B，k=0.3杂质在SiO2界面处浓度很高k>1，并且杂质在氧化物中扩散慢。例如P，As，Sb杂质在硅界面处堆积2D热氧化——由于受到转角处对于热氧化时体积膨胀的限制，2D热氧化不同于平面的热氧化氧化硅在凸角和凹角处均比平坦处薄凹角比凸角影响更大凸角晶向：在薄氧化层区域对氧化速率的作用2D氧化扩散–2D扩散方程及仿真技术体积膨胀带来的应力：非平坦表面的应力更大热氧化方法例题1、<100>硅片上表面有200nm氧化层（a）如果上述氧化层在1100C干氧中生长，生长时间为多少？（b）如果硅片重新送回氧化炉（往往是另一个炉子），继续在1000C下水汽氧化，多长时间可以增加氧化层厚度至500nm？(a)(b)2、掺氯氧化3、氢氧合成氧化2H2+O2=2H2OSi+2H2O=SiO2+2H24、高压氧化：一种低温快速的氧化方法B和B/A与氧化剂分压近似成正比在一个大气压下，每增加一个大气压氧化速率增加一倍如速率不变，则每增加一个大气压，温度下降30C但在VLSI工艺中，尚未广泛使用，原因：1）安全问题，一般设备需要25atm2）设备占地太大，生产产量小3）厚度不均匀Si/SiO2界面特性1、固定氧化物电荷，Qf（fixedoxidecharge）Deal三角关系（DealQfTriangle）2、界面陷阱电荷/界面态，Qit（Interfacetrappedcharge）58Qit和下列因素有关：氧化温度，氧化气氛（湿氧、干氧），晶向等Qit和干氧氧化温度的关系1）Qit随温度升高而降低；2）在能带中间部分，Qit(100)比Qit(111)低约5倍降低Qit的方法低温金属化后退火（PMA）（lowtemperaturepost-metallizationanneal)在H2或H2－N2（FormingGasAnnealing,FGA）中350－500C退火30分钟退火前，Qit约1011cm-2eV-1退火后，Qit约1010cm-2eV-1-可应用Annealingw/oH2500oC/10min/10%H2inN2450oC/10min/25%H2inN2Qf和Qit与晶向的关系——（100）最低位置：可以在氧化层中任意地方。开始位于栅（金属或多晶硅）/SiO2界面，如在正偏或加温情况，Qm将向Si/SiO2界面移动。来源：金属化(Metallization)及别的污染。碱金属离子（Na+,K