哈工大微電子02工藝氧化教材

1、1第一章 內(nèi)容總結(jié)n硅晶胞：金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶胞硅晶胞：金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶胞 基本參數(shù)基本參數(shù)n111晶面解理性晶面解理性n硅晶體缺陷硅晶體缺陷 結(jié)團作用；缺陷的去除結(jié)團作用；缺陷的去除n硅中雜質(zhì)；硅中雜質(zhì)；固溶體；固溶體；固溶度固溶度n相圖相圖n硅單晶片制備硅單晶片制備 多晶硅制備；多晶硅制備；直拉法直拉法原理；提拉速原理；提拉速度；分凝；度；分凝； CZ法熔料中環(huán)流形成；法熔料中環(huán)流形成；n硅片制備流程；主要晶向、晶型的定位方式硅片制備流程；主要晶向、晶型的定位方式2微電子工藝（微電子工藝（2）-氧化氧化田麗田麗3第第2章章 氧化氧化n2.1 SiO2的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)n2.2 Si

2、O2的掩蔽作用的掩蔽作用n2.3 氧化機理氧化機理n2.4 氧化系統(tǒng)、工藝氧化系統(tǒng)、工藝n2.5 影響氧化速率的各種因素影響氧化速率的各種因素n2.6 雜質(zhì)再分布雜質(zhì)再分布n2.7 SiO2/Si界面特性界面特性n2.8 氧化層的檢測氧化層的檢測42.1 SiO2結(jié)構(gòu)及性質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)n二氧化硅是微電子工藝中采用最多二氧化硅是微電子工藝中采用最多的介質(zhì)薄膜。的介質(zhì)薄膜。 n二氧化硅薄膜的制備方法有：熱氧二氧化硅薄膜的制備方法有：熱氧化、化學(xué)氣相淀積、物理法淀積，化、化學(xué)氣相淀積、物理法淀積，陽極氧化等多種方法。陽極氧化等多種方法。n熱氧化是最常用的氧化方法，需要熱氧化是最常用的氧化方法，需要消耗

3、硅襯底，是一種本征氧化法。消耗硅襯底，是一種本征氧化法。 5用途用途n作為掩蔽膜作為掩蔽膜 在單晶硅定域摻雜時作為掩蔽膜在單晶硅定域摻雜時作為掩蔽膜n作為鈍化和保護膜作為鈍化和保護膜 在器件或電路的表面，淀在器件或電路的表面，淀積一層積一層SiO2可以保護器件或電路使之免于沾污；可以保護器件或電路使之免于沾污；避免化學(xué)腐蝕。避免化學(xué)腐蝕。n作為電隔離膜作為電隔離膜 SiO2介電性質(zhì)良好，集成電路介電性質(zhì)良好，集成電路元件之間的介質(zhì)隔離或者多層布線的電隔離膜。元件之間的介質(zhì)隔離或者多層布線的電隔離膜。n元器件的組成部分元器件的組成部分 做做MOS器件中柵極電極等。器件中柵極電極等。6在在DROM

4、中的應(yīng)用中的應(yīng)用7nSiO2結(jié)構(gòu)模型8結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)熱氧化的熱氧化的SiO2是非晶態(tài)，是四面體網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)是非晶態(tài)，是四面體網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)原子密度原子密度2.2*1022/cm32.271.69理化性質(zhì)理化性質(zhì)n密度密度 是是SiO2致密程度的標(biāo)志。密度大表示致密程度致密程度的標(biāo)志。密度大表示致密程度高，約高，約2-2.2g/cm3；n熔點熔點 石英晶體石英晶體1732,而非晶態(tài)的而非晶態(tài)的SiO2無熔點，軟無熔點，軟化點化點1500n電阻率電阻率 與制備方法及所含雜質(zhì)有關(guān)與制備方法及所含雜質(zhì)有關(guān),高溫干氧可達(dá)高溫干氧可達(dá)1016cm,一般在一般在107-1015 cm；n介電性介電性 介電常數(shù)介電常數(shù)3

5、.9；n介電強度介電強度 100-1000V/m；n折射率折射率 在在1.33-1.37之間；之間；n腐蝕性腐蝕性 只和只和HF酸反應(yīng)，與強堿反應(yīng)緩慢。酸反應(yīng)，與強堿反應(yīng)緩慢。10SiO2的主要物理性質(zhì)的主要物理性質(zhì) 氧化方法密 度(g/cm2)折 射 率(=5460)電 阻 率(cm)介 電 常 數(shù)介 電 強 度(106v/cm)干 氧2.242.271.4601.46631015210163.4(10千周)9濕 氧2.182.211.4351.4583.82(1兆周)水 汽2.002.201.4521.462101510173.2(10千周)6.89熱分解淀積2.092.151.431.4

6、5107108外延淀積2.31.461.477810143.54(1兆周)56112.2 SiO2的掩蔽作用的掩蔽作用兩四面體之間的氧原子稱兩四面體之間的氧原子稱橋鍵橋鍵氧原子氧原子，只與一個四面體相聯(lián)，只與一個四面體相聯(lián)的氧原子稱的氧原子稱非橋聯(lián)氧原子非橋聯(lián)氧原子PB網(wǎng)絡(luò)改網(wǎng)絡(luò)改變者變者網(wǎng)絡(luò)形成網(wǎng)絡(luò)形成者者12TEMTEM照片照片單晶硅表面熱氧化所得非晶二氧化硅薄膜單晶硅表面熱氧化所得非晶二氧化硅薄膜透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 （Transmission electron microscopy，縮寫TEM ）SiO2與與Si之間完美的界面特性是成就硅之間完美的界面特性是成就硅時代的主要原因

7、時代的主要原因130.8 nm柵氧化層?xùn)叛趸瘜与x子注入掩蔽離子注入掩蔽隔離工藝隔離工藝互連互連層間層間絕緣絕緣介質(zhì)介質(zhì)High K1415雜質(zhì)在雜質(zhì)在SiO2中的擴散中的擴散n利用相同情況下，硼、磷等常用雜質(zhì)在利用相同情況下，硼、磷等常用雜質(zhì)在SiO2中的擴散速度遠(yuǎn)小于在硅中擴散速度，中的擴散速度遠(yuǎn)小于在硅中擴散速度，SiO2層對這些雜質(zhì)起到層對這些雜質(zhì)起到“掩蔽掩蔽”作用。作用。n鎵和鈉等堿金屬擴散在鎵和鈉等堿金屬擴散在SiO2擴散速度快，擴散速度快， SiO2層對這些雜質(zhì)起不到層對這些雜質(zhì)起不到“掩蔽掩蔽”作用。作用。n雜質(zhì)雜質(zhì)SiO2中在擴散系數(shù)：中在擴散系數(shù)： DSiO2=D0exp(

8、-E/kT)16SiO2掩蔽層厚度的確定掩蔽層厚度的確定n掩蔽條件掩蔽條件:nDSiDSiO2nSiO2表面雜質(zhì)濃表面雜質(zhì)濃度度/SiO2-Si界面界面雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度103tD.xSiO264min17SiO2作為掩蔽膜的作為掩蔽膜的P擴散擴散n當(dāng)當(dāng)P2O5與與SiO2接接觸時，觸時，SiO2 就就轉(zhuǎn)變?yōu)楹D(zhuǎn)變?yōu)楹撞Ａw磷玻璃體182.3 熱氧化機理熱氧化機理n熱氧化是在熱氧化是在Si/SiO2界面進行，通過擴散和化學(xué)反應(yīng)實界面進行，通過擴散和化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)?，F(xiàn)。O2或或H2O，在生成的二氧化硅內(nèi)擴散，到達(dá)，在生成的二氧化硅內(nèi)擴散，到達(dá)Si/SiO2界面后再與界面后再與Si反應(yīng)，反應(yīng)， O2

9、+Si SiO2；H2O+Si SiO2+H2 ，硅被消耗，所以硅片變薄，氧化層增厚。，硅被消耗，所以硅片變薄，氧化層增厚。n生長生長1m厚厚SiO2 約消耗約消耗0.44m 厚的硅厚的硅222244. 0105102 . 22222SiOSiOSiOSiSiOSidddnnd19 SiO2生長動力學(xué)氣體中擴散氣體中擴散固體中擴散固體中擴散SiO2 形成形成SiO2Si襯底氣流滯流層氧化劑流動方向(如 O2或 H2O）20DealGrove模型硅的熱氧化模型nDealGrove模型（線性拋物線模型）(linear-parabolic model)可以用固體理論解釋的一維平面生長氧化硅的模型。n

10、適用于：n氧化溫度7001200 oC；n局部壓強0.125個大氣壓；n氧化層厚度為202000 nm的水汽和干法氧化21熱氧化動力學(xué)熱氧化動力學(xué)（迪爾（迪爾-格羅夫模型）格羅夫模型）n氣體質(zhì)量輸運氣體質(zhì)量輸運: F1=hg(Cg-Cs)n溶解：由亨利定理溶解：由亨利定理-固體內(nèi)的固體內(nèi)的雜質(zhì)濃度正比與固體表面上雜質(zhì)濃度正比與固體表面上氣相中該雜質(zhì)的分壓。氣相中該雜質(zhì)的分壓。 Co=HPs ; C*=HPgn由氣體狀態(tài)方程由氣體狀態(tài)方程 Cg=Pg/kT; Cs=Ps/kTpgpsF1F2F3SiO2Si-0 xCgCsCoCi主流主流氣體氣體粘滯層粘滯層O2x022D-G模型模型 F1=h

11、(C*-Co)；h=hg / HkTn固相擴散：固相擴散：n化學(xué)反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)：n熱氧化是在氧化劑氣氛下進行：熱氧化是在氧化劑氣氛下進行：O2流密度不流密度不變，即準(zhǔn)平衡態(tài)穩(wěn)定生長：變，即準(zhǔn)平衡態(tài)穩(wěn)定生長： F1=F2=F3oioxCCDxCDF0SiOSiO222isCkF 323兩種極限形式兩種極限形式2SiO*1DxkhkCCossi2SiO*11DxkhkCDxkCossoso氣體氣體C0SiO2Siks0DSiO20Cx擴散控制：擴散控制：DSiO2 0， Ci 0， Co C *反應(yīng)控制：反應(yīng)控制：ks 0， Ci Co= C */（1+ks/h）Ci24熱氧化生長速率熱氧化生長速

12、率DxkhkCkdtdxNFosssoO1*32BAxxNCDBhkDAiiOs)(2)11(22*SiOSiO222氧化時間長，擴散控制階段氧化時間長，擴散控制階段: t, t A2/4B氧化時間很短氧化時間很短，反應(yīng)控制階段反應(yīng)控制階段: (t+ ) A2/4B1412)(22B/AtAxtBAxxooo)(tABx)B(txoo2初始條件：初始條件：xo=xi拋物線速率常數(shù)拋物線速率常數(shù)線性速率常數(shù)線性速率常數(shù)25實測值實測值n在兩種極在兩種極限情況下：限情況下：長時間氧長時間氧化化或或氧化氧化時間很短，時間很短，實測值和實測值和計算值吻計算值吻合。合。262.4 熱氧化系統(tǒng)、工藝熱氧化

13、系統(tǒng)、工藝n氧化系統(tǒng)由四部分組成：氧化系統(tǒng)由四部分組成：n氣源柜氣源柜n爐體柜爐體柜n裝片臺裝片臺n計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)27氧化爐氧化爐28氧化擴散原理圖氧化擴散原理圖29工藝工藝n干氧干氧 O2+Si SiO2n濕氧濕氧 H2O（O2）+Si SiO2+H2n水汽水汽 （H2+O2）+Si SiO2+H2n掩膜氧化（厚氧化層）掩膜氧化（厚氧化層） 干氧干氧-濕氧濕氧-干氧干氧n薄層氧化（薄層氧化（MOS柵）柵） n干氧干氧 n摻氯氧化摻氯氧化 900-1200900-1200900-120030熱氧化方法比較熱氧化方法比較n干氧氧化：干氧氧化：氧化膜致密性最好，針孔密度小，氧化膜致密

14、性最好，針孔密度小，薄膜表面干燥，適合光刻，但是生長速率最慢；薄膜表面干燥，適合光刻，但是生長速率最慢；n濕氧氧化：濕氧氧化：氧化膜較干氧氧化膜疏松，針孔密氧化膜較干氧氧化膜疏松，針孔密度大，表面含水汽，光刻性能不如干氧，容易度大，表面含水汽，光刻性能不如干氧，容易浮膠。濕氧與干氧比，水溫越高，水汽就越多，浮膠。濕氧與干氧比，水溫越高，水汽就越多，二氧化硅生長速率也就越快；二氧化硅生長速率也就越快；n水蒸汽氧化：水蒸汽氧化：在三種熱氧化方法中氧化膜致密在三種熱氧化方法中氧化膜致密性最差，針孔密度最大，薄膜表面潮濕，光刻性最差，針孔密度最大，薄膜表面潮濕，光刻難，浮膠。但是，生長速率最快。難，浮

15、膠。但是，生長速率最快。31氧化方式氧化溫度（）生長速率常數(shù)（m2/min）生長0.5微米SiO2所需時間（min）SiO2的密度（g/mm）備注干氧10001.4810-418002.2712006.210-43602.15濕氧100038.510-4632.21水浴溫度951200117.510-4222.12水汽100043.510-4582.08水汽發(fā)生器水溫102120013310-4182.05三種熱生長方法及三種熱生長方法及SiO2薄膜特性的比較薄膜特性的比較 32SiO2 生長方法特點主要用途1熱生長設(shè)備簡單，操作方便，SiO2 薄膜較致密。采用濕氧干氧交替方法，可獲得既厚又較

16、致密的層。缺點：氧化需在高溫（10001200下進行，容易引起P-N結(jié)特性退化。廣泛用于硅外延平面晶體管、雙極型集成電路、MOS集成電路生產(chǎn)，作為選擇擴散的掩蔽膜，作為器件表面和P-N結(jié)的鈍化膜以及集成電路的隔離介質(zhì)，絕緣介質(zhì)等。2熱分解淀積SiO2 直接淀積在Si襯底表面，不與硅片本身反應(yīng)。淀積溫度（700800）較低，對P-N結(jié)特性影響不大，可對任意襯底進行淀積。設(shè)備也較簡單。容易得到厚的SiO2層。缺點：形成的SiO2層質(zhì)地不如熱生長的致密。用于大功率晶體管和半導(dǎo)體集成電路的輔助氧化，避免針孔的不良影響，作為半導(dǎo)體微波器件等的表面鈍化膜。3陰極濺射Si襯底溫度低（一般在200左右），可對

17、任意襯底淀積。缺點：生長速率慢周期長，例如生長3000埃SiO2膜一般要812小時。生成SiO2不如熱生長的致密。用于不宜進行高溫處理的器件淀積表面鈍化膜，如硅整流器和可控硅等。用作某些半導(dǎo)體器件的電絕緣介質(zhì)。4HF-HNO3氣相鈍化反應(yīng)溫度低（室溫），工藝和設(shè)備簡單，生成膜比陰極濺射的完整、致密。缺點：生產(chǎn)周期長。用于不宜進行高溫處理的器件生長鈍化膜。如硅整流器和可控硅，高反壓硅臺面管等面結(jié)型器件。5真空蒸發(fā)Si襯底所處溫度較低（在400恒溫10min后降至200蒸發(fā)）?？蓪θ我庖r底蒸發(fā)。SiO2膜較均勻，生長速度快。缺點：SiO2質(zhì)地不夠完整，設(shè)備較復(fù)雜。用于制作半導(dǎo)體器件的電絕緣介質(zhì)。6

18、外延淀積Si襯底不參加反應(yīng)。膜的質(zhì)量較好。淀積速度較低快：連續(xù)生長，可得到厚的膜。缺點：生長溫度高（11201150），設(shè)備較復(fù)雜。用于高頻線性集成電路和超高速數(shù)字集成電路中制作介質(zhì)隔離槽。7陽極氧化反應(yīng)溫度低（室溫），在外加電壓和時間不變時，或以猁厚度比較一致的SiO2薄層。缺點：SiO2結(jié)構(gòu)疏松，多孔，不完整。用于擴散雜質(zhì)分布的測定。用于采用淺擴散的硅器件的結(jié)深測定。各種氧化方法比較各種氧化方法比較33薄層氧化薄層氧化nD-G模型對模型對30nm以以下的干氧氧化不準(zhǔn)。下的干氧氧化不準(zhǔn)。n自然氧化物不是連自然氧化物不是連續(xù)生長而是階段的續(xù)生長而是階段的生長。輕摻雜生長。輕摻雜0.8nm;重?fù)?/p>

19、雜重?fù)诫s1.3nm。n初始氧化階段的氧初始氧化階段的氧化機制仍是日前研化機制仍是日前研究熱點。究熱點。23nm34摻氯氧化摻氯氧化 n鈍化可動離子，尤其是鈉離子；鈍化可動離子，尤其是鈉離子；n減少減少SiO2中缺陷，提高了氧化層的抗擊穿能力；中缺陷，提高了氧化層的抗擊穿能力；n降低了界面態(tài)密度和表面固定電荷密度；降低了界面態(tài)密度和表面固定電荷密度；n減少了氧化導(dǎo)致的堆垛層錯，增加了氧化層下面減少了氧化導(dǎo)致的堆垛層錯，增加了氧化層下面硅中少數(shù)載流子的壽命。硅中少數(shù)載流子的壽命。n氯氣有毒，對管路有腐蝕，氯氣有毒，對管路有腐蝕，HCl對硅有腐蝕。對硅有腐蝕。氯的摻入可改善氯的摻入可改善SiO2 層

20、和層和 SiO2 /Si界面的性質(zhì)界面的性質(zhì)35摻氯氧化摻氯氧化362.5 影響氧化速率因素影響氧化速率因素n氧化劑氧化劑 溶解度、擴散速率、化學(xué)反應(yīng)速率。溶解度、擴散速率、化學(xué)反應(yīng)速率。n溫度溫度 影響很大，影響很大， H, h,D,ks都與溫度有關(guān)。都與溫度有關(guān)。n氣體分壓氣體分壓 提高反應(yīng)器內(nèi)氧氣或水汽的分壓能提高提高反應(yīng)器內(nèi)氧氣或水汽的分壓能提高線性氧化速率。有高壓氧化和低壓氧化技術(shù)。線性氧化速率。有高壓氧化和低壓氧化技術(shù)。n硅晶向硅晶向 對氧化速率略有不同，（對氧化速率略有不同，（111）晶向速率）晶向速率最快，（最快，（100）晶向速率最慢。）晶向速率最慢。n摻雜摻雜 摻雜濃度越高

21、氧化速率越快，將此現(xiàn)象稱為摻雜濃度越高氧化速率越快，將此現(xiàn)象稱為增強氧化增強氧化。37溫度對氧化速率的影響溫度對氧化速率的影響38氣體分壓對氧化速率的影響氣體分壓對氧化速率的影響n氧化劑分壓氧化劑分壓Pg是通過是通過C*對對B產(chǎn)生影產(chǎn)生影響：響：BPgPggOsHPCNCDBhkDA222*SiOSiO2)11(239氧化增強氧化增強n線性和拋物型氧線性和拋物型氧化速率常數(shù)對存化速率常數(shù)對存在于氧化劑中或在于氧化劑中或存在于硅襯底中存在于硅襯底中的雜質(zhì)敏感。的雜質(zhì)敏感。n磷磷在較低溫度增在較低溫度增強氧化明顯，而強氧化明顯，而硼硼在低溫時增強在低溫時增強氧化不明顯，高氧化不明顯，高溫明顯。溫明

22、顯。鈉鈉、水水汽、氯汽、氯都能顯著都能顯著提高氧化速率。提高氧化速率。 402.6 雜質(zhì)再分布雜質(zhì)再分布由四方面因素決定：由四方面因素決定：n雜質(zhì)的分凝現(xiàn)象；雜質(zhì)的分凝現(xiàn)象；n雜質(zhì)在雜質(zhì)在SiO2表面逸出；表面逸出；n雜質(zhì)在雜質(zhì)在SiO2、Si中的擴散系數(shù)；中的擴散系數(shù)；n界面移動（氧化速率）界面移動（氧化速率） 。分凝分凝逸出逸出擴散擴散界面界面移動移動41SiO2/Si界面雜質(zhì)分凝現(xiàn)象界面雜質(zhì)分凝現(xiàn)象nm1，在，在SiO2/Si界面雜質(zhì)向界面雜質(zhì)向Si內(nèi)擴散，內(nèi)擴散，Si面雜質(zhì)面雜質(zhì)濃度高，濃度高，堆積堆積。P mp= 10， As mAs=10，Ga mGa=20。2mSiOSiCC分凝

23、現(xiàn)象指雜質(zhì)在指雜質(zhì)在SiO2和和Si中平衡濃度不同的中平衡濃度不同的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。分凝系數(shù)是衡量分凝效應(yīng)強弱的參數(shù)：分凝系數(shù)是衡量分凝效應(yīng)強弱的參數(shù)：nm1，在，在SiO2/Si界面雜質(zhì)向界面雜質(zhì)向Si內(nèi)擴散，內(nèi)擴散，Si面雜質(zhì)面雜質(zhì)濃度高，濃度高，堆積堆積。P mp= 10， As mAs=10，Ga mGa=20。2mSiOSiCC分凝現(xiàn)象指雜質(zhì)在指雜質(zhì)在SiO2和和Si中平衡濃度不同的中平衡濃度不同的現(xiàn)象。現(xiàn)象。分凝系數(shù)是衡量分凝效應(yīng)強弱的參數(shù)：分凝系數(shù)是衡量分凝效應(yīng)強弱的參數(shù)：42擴散速率擴散速率n雜質(zhì)在二氧化硅和硅中擴散速率不同，雜質(zhì)在二氧化硅和硅中擴散速率不同，熱氧化時，將引起熱氧化

24、時，將引起SiO2/Si界面雜質(zhì)再界面雜質(zhì)再分布。擴散系數(shù)分布。擴散系數(shù)D是描述雜質(zhì)擴散快慢是描述雜質(zhì)擴散快慢的一個參數(shù)。的一個參數(shù)。n如果有：如果有：DSi DSiO2，m1硅雜質(zhì)耗竭硅雜質(zhì)耗竭更嚴(yán)重。更嚴(yán)重。43雜質(zhì)在雜質(zhì)在SiO2/Si界面分布界面分布SiO2/ SiSiO2/ SiSiO2/ SiSiO2/ Sim1雜質(zhì)在硅雜質(zhì)在硅一側(cè)堆積一側(cè)堆積44溫度、氧化劑對界面雜質(zhì)濃度再分布影響溫度、氧化劑對界面雜質(zhì)濃度再分布影響CS/CB熱氧化后硅中磷的表面濃度熱氧化后硅中硼的表面濃度CB/Cs45摻雜對氧化速率的影響900 C時干氧氧化速率隨表面磷濃度的變化。反應(yīng)速率限制情況。n：反應(yīng)速率

25、反應(yīng)速率限制，限制，B/A起起主要作用，氧化速率取決于主要作用，氧化速率取決于硅表面的摻雜濃度硅表面的摻雜濃度462.7 SiO2/Si界面特性界面特性* * * * * * * * * *界面陷阱電荷界面陷阱電荷 QitSiO2Si+ + + + + + + + + +氧化層固定電荷氧化層固定電荷 Qf氧化層陷阱電荷氧化層陷阱電荷 Qot+ + + + - - - - - 可動離子電荷可動離子電荷 QmK+Na+47可動離子電荷（可動離子電荷（Qm ）n可動離子電荷（可動離子電荷（Qm）-在二氧化硅中都是網(wǎng)絡(luò)改變在二氧化硅中都是網(wǎng)絡(luò)改變者存在、荷正電的堿金屬離子雜質(zhì)，主要是者存在、荷正電的堿

26、金屬離子雜質(zhì)，主要是Na+、K+、H+ 等。等。n其中主要是其中主要是Na+。在人體與環(huán)境中大量存在。在人體與環(huán)境中大量存在Na+，熱氧，熱氧化時容易發(fā)生化時容易發(fā)生Na+沾污。沾污。n降低方法降低方法 加強工藝衛(wèi)生方可以避免加強工藝衛(wèi)生方可以避免Na+沾污；也可采用摻氯氧沾污；也可采用摻氯氧化，固定化，固定Na+離子；高純試劑。離子；高純試劑。48偏溫實驗（偏溫實驗（BT）n對對MOS電容進行電容進行C-V測試測試；n在柵極上加約在柵極上加約1MV/cm的正向（反向）偏壓，的正向（反向）偏壓，同時加熱到同時加熱到200-300，l0-30min，確?？蓜与x，確保可動離子都到達(dá)子都到達(dá)SiO2

27、/Si界面；界面；n保持偏壓冷卻至室溫，保持偏壓冷卻至室溫，再測再測C-V 。nV=Nm/qCox+V49固定離子固定離子Qf（電荷）（電荷）n主要是氧空位，極性不隨表面勢和時間的變化而主要是氧空位，極性不隨表面勢和時間的變化而變化變化-固定離子電荷固定離子電荷Qfn存在機理存在機理-一般認(rèn)為固定電荷與界面一個很薄的一般認(rèn)為固定電荷與界面一個很薄的（約（約30）過渡區(qū)有關(guān)，過渡區(qū)有過剩的硅離子，）過渡區(qū)有關(guān)，過渡區(qū)有過剩的硅離子，過剩的硅在氧化過程中與晶格脫開，但未與氧完過剩的硅在氧化過程中與晶格脫開，但未與氧完全反應(yīng)。全反應(yīng)。n降低方法降低方法 （1）干氧氧化空位最少，水汽氧化氧空位最多。）

28、干氧氧化空位最少，水汽氧化氧空位最多。熱氧化時，首先采用干氧氧化方法可以減小這一熱氧化時，首先采用干氧氧化方法可以減小這一現(xiàn)象。現(xiàn)象。 （2）氧化后，高溫惰性氣體中退火也能降低固）氧化后，高溫惰性氣體中退火也能降低固定電荷。定電荷。50界面陷阱電荷界面陷阱電荷Qitn界面態(tài)（界面陷阱電荷）界面態(tài)（界面陷阱電荷）Qit是能量處于硅禁帶中、是能量處于硅禁帶中、可以與價帶或?qū)Ы粨Q可以與價帶或?qū)Ы粨Q電荷的陷阱能級或電荷電荷的陷阱能級或電荷狀態(tài)。狀態(tài)。n與襯底晶向、氧化條件與襯底晶向、氧化條件和退火條件密切有關(guān)。和退火條件密切有關(guān)。 (111) 最高，最高，(100) 最最低。低。n降低方法降低方法

29、-在金屬化后在金屬化后退火（退火（PMA）；低溫、）；低溫、惰性氣體退火可降低。惰性氣體退火可降低。51氧化層陷阱電荷氧化層陷阱電荷Qotn存在于存在于SiO2中和中和Si-SiO2界面附近，陷阱界面附近，陷阱俘獲電子或空穴后分別荷負(fù)電或正電。俘獲電子或空穴后分別荷負(fù)電或正電。n產(chǎn)生方式主要有電離輻射和熱電子注入。產(chǎn)生方式主要有電離輻射和熱電子注入。n降低方法降低方法-選擇適當(dāng)?shù)难趸に嚄l件；選擇適當(dāng)?shù)难趸に嚄l件；在惰性氣體中進行低溫退火；采用對輻在惰性氣體中進行低溫退火；采用對輻照不靈敏的鈍化層可降低。照不靈敏的鈍化層可降低。52氧化誘生堆垛層錯（氧化誘生堆垛層錯（OSF）界面硅側(cè)有大量界

30、面硅側(cè)有大量自填隙硅自填隙硅原子，原子，這些點缺陷這些點缺陷結(jié)團結(jié)團形成堆垛層錯，形成堆垛層錯，一般位于一般位于111面中。面中。Si腐蝕后，顯露的腐蝕后，顯露的OSF，繼，繼續(xù)腐蝕將顯露更多缺陷續(xù)腐蝕將顯露更多缺陷53n一般要求：表面無斑點，裂紋，白霧，發(fā)花和針孔等毛??；n主要為表面觀察和厚度測量2.8 氧化層檢測氧化層檢測542.8 氧化層檢測氧化層檢測n鏡檢：外觀顏色均勻性，有無裂紋等鏡檢：外觀顏色均勻性，有無裂紋等n厚度：光學(xué)方法、探針輪廓儀等厚度：光學(xué)方法、探針輪廓儀等n針孔密度：腐蝕法、銅綴法針孔密度：腐蝕法、銅綴法n電荷面密度：電荷面密度：C-V法法55（）雙光干涉法n原理：利用測定氧化層臺階上的干涉條紋數(shù)目求氧化層厚度的雙光干涉法。當(dāng)用單色先垂直照射氧化層表面時，由于是透明介質(zhì)，所以入射光將分別在表面和硅界面處反射。n設(shè)備：一臺單色光源（一般采用納光燈）和一臺普通的干涉顯微鏡。n測量方法：n試片（陪片）表面涂一小滴黑膠，然后在HF中未被保護的腐蝕掉，丙酮除去黑膠，這樣在硅片表面出現(xiàn)一個臺階。用干涉顯微鏡觀察表面時，在臺階處就出現(xiàn)的明暗相同的干涉條紋，根據(jù)干涉條紋數(shù)目，可計算出的氧化層厚度 n一般從一個最亮到相鄰的一個最亮條（或最暗條到相鄰的另一個最暗條）就算一個干涉條紋。而從最暗到相鄰最亮條則可