实验五+++硅热氧化工艺

实验五 硅热氧化工艺 在硅片表面生长一层优质的氧化层对整个半导体集成电路制造过程具有极为重要的意义。它不仅作为离子注入或热扩散的掩蔽层，而且也是保证器件表面不受周围气氛影响的钝化层，它不光是器件与器件之间电学隔离的绝缘层，而且也是 MOS 工艺以及多层金属化系统中保证电隔离的主要组成部分。因此了解硅氧化层的生长机理，控制并重复生长优质的硅氧化层方法对保证高质量的集成电路可靠性是至关重要的。 在硅片表面形成 SiO2 的技术有很多种：热氧化生长，热分解淀积（即 VCD法），外延生长，真空蒸发，反应溅射及阳极氧化法等。其中热生长氧化在集成电路工艺中用得最多，其操作简便，且氧化层致密，足以用作为扩散掩蔽层，通过光刻易形成定域扩散图形等其它应用。 一、 实验目的 1、掌握热生长 SiO2 的工艺方法（干氧、湿氧、水汽）。 2、熟悉 SiO2 层在半导体集成电路制造中的重要作用。 3、了解影响氧化层质量有哪些因素。 4、能建立起厚度 d 和时间 t的函数关系。 5、了解形成 SiO2 层的几种方法及它们之间的不同之处。 二、 实验原理 热生长二氧化硅法是将硅片放在高温炉内，在以水汽、湿氧或干氧作为氧化剂的氧化气氛中，使氧与硅反应来形成一薄层二氧化硅。图1 和图2 分别给出了干氧和水汽氧化装置的示意图。 图1、干氧氧化装置示意图 图2、水汽氧化装置示意图 将经过严格清洗的硅片表面处于高温的氧化气氛（干氧、湿氧、水汽）中时，由于硅片表面对氧原子具有很高的亲和力，所以硅表面与氧迅速形成 SiO2 层。硅的常压干氧和水汽氧化的化学反应式分别为： Si+O2—→SiO2 （2—1） Si+2H2O—→SiO2+2H2↑ （2—2） 如果生长的二氧化硅厚度为χ0(μm)，所消耗的硅厚度为χi，则由定量分析可知： 46.00i （2—3） 即生长1μm 的SiO2，要消耗掉0.46μm 的Si。由于不同热氧化法所得二氧化硅的密度不同，故 值亦不同。图3 示出了硅片氧化前后表面位置的变化。 图3、SiO2 生长对应硅片表面位置的变化 当硅片表面生长一薄层SiO2 以后，它阻挡了O2 或H2O 直接与硅表面接触，此时氧原子和水分子必须穿过SiO2 薄膜到达Si—SiO2 界面才能与硅继续反应生长SiO2。显然，随着氧化层厚度的增长，氧原子和水分子穿过氧化膜进一步氧化就越困难，所以氧化膜的增厚率将越来越小。Deal—Grove 的模型描述了硅氧化的动力学过程。他们的模型对氧化温度700℃至 1300℃，压强 0.2 ...