第一章热氧化工艺(ThermalOxidation)Oxidation)硅的热氧化工艺(Thermal硅的热氧化工艺(ThermalOxidation)■■■■二氧化硅的性质和用途热氧化原理(Deal热氧化原理(Deal-Grove模型)模型)热氧化工艺（方法）热氧化工艺（方法）和系统热氧化工艺的质量检测参考资料：参考资料：《微电子制造科学原理与工程技术》第4章热氧化微电子制造科学原理与工程技术》(电子讲稿中出现的图号是该书中的图号)电子讲稿中出现的图号是该书中的图号)一、二氧化硅(Si02)的性质和用途二氧化硅(Si0（一）SiO2的结构密度：～：～2.27g／密度：～2.27g／cm3分子量：分子量：60.09热氧化方法制备的二氧化硅是无定形结构热氧化方法制备的二氧化硅是无定形结构(硅的密度：～2.33g／cm3)硅的密度：～：～2.33g／(硅的原子量：28.09)硅的原子量：硅的原子数密度：分子数密度：分子数密度：2.2×1022／cm3(硅的原子数密度：5×1022／cm3)4个O原子位于四面体的顶点，原子位于四面体的顶点顶点，Si位于四面体中心。Si位于四面体中心。位于四面体中心桥位O原子与桥位O原子与2个Si原子键合；Si原子键合；原子键合其它O原子只与只与1Si键合其它O原子只与1个Si键合（二）SiO2的性质1、二氧化硅的绝缘特性■电阻率高：1×1014?·cm~1×1016?·cm电阻率高：禁带宽度大：~9eV禁带宽度大：■介电强度高：>10MV/cm介电强度高：?最小击穿电场(非本征击穿)：由缺陷、杂质引起最小击穿电场(非本征击穿)由缺陷、?最大击穿电场(本征击穿)：由SiO2厚度、导热性、最大击穿电场(本征击穿)厚度、导热性、界面态电荷等决定；界面态电荷等决定；氧化层越薄、氧化温度越低，击穿电场越低氧化层越薄、氧化温度越低，■介电常数：3.9介电常数：(热氧化二氧化硅膜)热氧化二氧化硅膜)2、二氧化硅的掩蔽性质■B、P、As等常见杂质在SiO2中的扩散系数远小于其常见杂质在中的扩散系数扩散系数远小于其在Si中的扩散系数。DSi>DSiO2Si中的扩散系数中的扩散系数。SiO2做掩蔽膜要有足够的厚度：对特定的杂质、扩散做掩蔽膜要有足够的厚度对特定的杂质、足够的厚度：最小掩蔽厚度。时间、扩散温度等条件，有一最小掩蔽厚度时间、扩散温度等条件，有一最小掩蔽厚度。某些杂质，如Ga，Na，某些杂质，Ga，Na，O，Cu，Au等，是SiO2Cu，Au等快速扩散杂质。中的快速扩散杂质中的快速扩散杂质。■3、二氧化硅的化学稳定性■二氧化硅是硅的最稳定化合物，属于酸性氧化物，二氧化硅是硅的最稳定化合物，属于酸性氧化物，最稳定化合物不溶于水。不溶于水。■耐多种强酸腐蚀，但极易与氢氟酸反应。多种强酸腐蚀但极易与氢氟酸反应强酸腐蚀，易与氢氟酸反应。■在一定温度下，能和强碱(如NaOH，KOH等)反在一定温度下，能和强碱(NaOH，KOH等应，也有可能被铝、氢等还原。也有可能被铝、氢等还原。（三）二氧化硅在IC中的主要用途二氧化硅在IC中的中的主要用途■用做杂质选择扩散的掩蔽膜用做杂质选择扩散的掩蔽膜■用做IC母衾虢橹屎途到橹?用做IC的隔离介质和■用做电容器的介质材料用做电容器的介质材料■用做MOS器件的绝缘栅材料用做MOS器件的器件的绝缘栅材料SiO2在一个PMOSFET结构中的应用在一个PMOSFET结构中的应用(剖面示意图)剖面示意图)IC中常见的中常见的SiO生长方法：（四）IC中常见的SiO2生长方法：热氧化法、淀积法热氧化法、二、热氧化原理(Deal-Grove模型)热氧化原理(Deal模型)二氧化硅的生长(化学过程)（一）二氧化硅的生长(化学过程)干氧氧化问题：生长厚度问题：为Tox的二氧化硅，ox的二氧化硅，的二氧化硅估算需要消耗多少厚度的硅?少厚度的硅?（二）热氧化生长动力学(物理过程)物理过程)（三）热氧化工艺的Deal-Grove模型热氧化工艺的Deal-C：氧化剂浓度J1：粒子流密度：J1：粒子流密度：J2：J2：扩散流密度J3：J3：反应流密度1、D–G模型(1)氧化剂由气相传输至SiO2的表面，其粒子流密度J1氧化剂由气相传输至传输至SiO的表面，其粒子流密度J(即单位时间通过单位面积的原子数或分子数)为：即单位时间通过单位面积的原子数或分子数)hG—气相质量输运系数，单位：cm/sec气相质量输运系数单位：质量输运系数，CG—气相(离硅片表面较远处)氧化剂浓度气相(离硅片表面较远处)氧化剂浓度Cs—SiO2表面外侧氧化剂浓度表面外侧