1.常规氧化设备
4.5 氧化设备
图4-7 卧式氧化炉示意图
4.5 氧化设备
图4-8 立式氧化炉的装置部分
2.掺氯氧化设备
4.5 氧化设备
图4-9 掺氯氧化设备示意图
3.氢氧合成氧化设备
4.5 氧化设备
图4-10 氢氧合成氧化设备示意图
4.5 氧化设备
1)氧化前必须检查注入器喷口前端温度是否在氢气的着火点温度(5 85℃)以上，喷口是否在石英管界面的中心位置上，并从出口处检查 喷口前端是否正常，检查安放在喷口前端附近的热电偶是否有断电 现象。 2)定期检查氢气、氮气、氧气的气体管道是否存在漏气。 3)注意石英管是否盖紧，不可有漏气现象发生。 4)在进行设备调试时，必须充分通以氮气后才能工作。 5)氧化结束后要用氮气排除废气，一定要把残留在炉管内的气体， 特别是氢气，排除干净。
4.4 热氧化原理
④生成的副产物扩散出氧化层，并随主气流转移。 2)通过求解相关方程式，可以得到氧化层厚度与氧化时间的关系主 要有以下两种典型情况： ① 氧化层厚度与氧化时间成正比，氧化层的生长速率主要取决于在 硅表面上的氧化反应的快慢，称为表面反应控制，此时的氧化速率 主要取决于化学反应速率常数ks的大小。 ② 氧化层厚度与氧化时间的平方根成正比，氧化层的生长速率主要 取决于氧化剂在氧化层中扩散的快慢，称为扩散控制，此时的氧化 速率主要取决于扩散系数Dox的大小。 2.氧化温度的影响 3.氧化剂分压的影响
半导体制造工艺课件
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
第4章 氧 化
第4章 氧 化
4.1 引言 4.2 二氧化硅膜的性质 4.3 二氧化硅膜的用途 4.4 热氧化原理 4.5 氧化设备 4.6 氧化膜的质量控制 4.7 氧化工艺模拟
4.1 引言
二氧化硅(SiO2)是一种绝缘介质。它在半导体器件中起着十分重要 的作用。硅暴露在空气中，即使在室温条件下，其表面也能生长一 层4nm左右的氧化膜。这一层氧化膜结构致密，能防止硅表面继续 被氧化，且具有极稳定的化学性质和绝缘性质。正因为二氧化硅膜 的这些特性，才引起人们的广泛关注，并在半导体工艺中得到越来
图4-5 硅干氧氧化层厚度与氧化时间的关系
4.4 热氧化原理
2.水汽氧化 解决措施：经过吹干氧(或干氮)热处理，硅烷醇可分解为硅氧烷结 构，并排除水 3.湿氧氧化 4.掺氯氧化 (1)掺氯氧化作用 掺氯氧化的主要作用是减少钠离子的沾污，抑制 氧化堆垛层错，提高少子寿命，即提高器件的性能和可靠性。 1)可吸收、提取硅中的有害杂质。 2)掺氯不仅可以减少钠离子的沾污，并且集中分布在SiO2-Si界面附 近的氯还能使迁移到这里来的钠离子的正电荷效应减弱并被掐住不 动，从而使其丧失电活性和不稳定性。
4.2 二氧化硅膜的性质
(5)介电强度 介电强度是衡量材料耐压能力大小的，单位为V/cm。 2.二氧化硅的化学性质 1)随着氢氟酸浓度的增加，二氧化硅的腐蚀速率也增加，其关系曲 线如图4-3所示。 2)随着腐蚀反应温度的增加，腐蚀速率也加快，其曲线关系如图4-4 所示。
图4-3 二氧化硅的腐蚀速率与氢氟酸浓度的关系
4.4 热氧化原理
(2)掺氯氧化的氯源选择 掺氯试剂往往用氯化氢(HCl)、三氯乙烯(C 2HCl3)、四氯化碳(CCl4)及氯化铵(NH4Cl)等。 5.氢氧合成氧化 4.4.2 影响氧化速率的因素 1.氧化层厚度与氧化时间的关系 1)由上述各种热氧化膜制备过程可知，硅的热氧化过程是氧化剂通 过氧化层向SiO2-Si界面运动，再与界面的硅发生反应，而不是硅穿 透氧化层向外运动的。 ① 氧化剂(O2和H2O)从气相内部输运到气体-氧化层界面(又称膜层表 面)； ② 氧化剂扩散穿透已生成的二氧化硅起始层，抵达SiO2-Si界面； ③ 在界面处与硅发生氧化反应；
4.4 热氧化原理
4.氧化气氛的影响
图4-6 氧化层厚度与氧化温度的关系曲线图
4.4 热氧化原理
5.衬底表面势的影响 衬底表面势的影响主要发生在氧化处于表面反应控制过程中，这是 因为化学反应速率常数ks与衬底表面势有关。而衬底表面势除了与 衬底取向、掺杂浓度有关外，还与氧化前的表面处理等因素有关。
4.3 二氧化硅膜的用途
(2)电容器的介质材料 集成电路中的电容器大都是用二氧化硅来做 的，因为二氧化硅的相对介电常数为3~4，击穿电压较高，电容温度 系数小，这些优越的性能决定了二氧化硅是一种优质的电容器介质 材料。 5.用于电极引线和硅器件之间的绝缘
4.4 热氧化原理
4.4.1 常用热氧化方法 1.干氧氧化
4.2 二氧化硅膜的性质
图4-4 二氧化硅腐蚀速率与温度的关系
4.3 二氧化硅膜的用途
1.二氧化硅膜的掩蔽作用 1)二氧化硅层要有足够的厚度，以确保杂质在其内部扩散时能达到 理想的掩蔽效果。 2)所选杂质在二氧化硅中的扩散系数要比在硅中的扩散系数小得多。 2.二氧化硅膜的保护和钝化作用 3.二氧化硅的隔离作用 4.二氧化硅在某些器件中的重要作用 (1)MOS器件中的栅极材料 在MOS管中，常常以二氧化硅膜作为栅 极，这是因为二氧化硅层的电阻率高，介电强度大，几乎不存在漏 电流。
4.2 二氧化硅膜的性质
1.二氧化硅的物理性质 (1)密度 密度是表示二氧化硅致密程度的标志。
图 4-1 二氧化硅结构平面图
4.2 二氧化硅膜的性质
图4-2 硅-氧四面体结构示意图
4.2 二氧化硅膜的性质
表表示二氧化硅光学特性的参数。 (3)电阻率 电阻率是表示二氧化硅电学性能的重要参数。 (4)相对介电常数 相对介电常数是表示二氧化硅膜电容性能的一个 重要参数。
4.6 氧化膜的质量控制
4.6.1 氧化膜厚度的测量 在生产实践中，测量SiO2厚度的方法有很多，如果精度要求不高，
可采用比色法、腐蚀法等。如果有一定精度要求，则可以采用双光 干涉法和电容电压法。在某些研究分析领域，已经采用了精度极高 的椭圆偏振光法。下面分别介绍一下几种常用的氧化膜厚度测量方 法。 1.比色法
4.6 氧化膜的质量控制