chap氧化ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-28 23:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 率很快，且由表面化學(xué)反應(yīng)控制，氧化層厚度增加快；隨著時間的增長，氧化速率與時間成拋物線關(guān)系，氧化速率變慢，改為由擴(kuò)散控制，即氧化層加厚的速度變慢。 ? ： ? 拋物線型速率常數(shù) B以及線性速率常數(shù) B/A與氧化劑分壓都是線性關(guān)系，所以在一定的氧化條件下，通過改變氧化劑分壓可以達(dá)到改變二氧化硅生長速率的目的，即所謂的高壓氧化和低壓氧化技術(shù)。 35 1NkHPAB SG?12NDHPB G?實驗表明：對于和 H2O氧化，氧化硅生長速率正比于 PG，而 O2的氧化無法完全用線性關(guān)系描述。 PBBPABABii)()(??在水汽氧化時： 在氧氣氧化時： PBBPABABini)()(??n?~。上標(biāo) i表示 1 atm下的相應(yīng)值 壓強(qiáng)對氧化速率的影響 1) 如果要達(dá)到給定的氧化速率，增加氣壓，則氧化溫度可以降低 2) 如果在同樣溫度下生長一個給定的氧化層厚度，增加氣壓，則氧化時間可以減少。 36 ? 3. 氧化溫度： ? B與 B/A與溫度成指數(shù)關(guān)系，且在一個大氣壓下 B/A的值由表面化學(xué)反應(yīng)來決定，即由表面化學(xué)反應(yīng)快慢決定氧化速率。只有低壓情況氧化速率才由擴(kuò)散控制。 37 二 、 影響氧化速率的其他因素 ? 在氧化劑壓力一定的情況下 ， B與硅襯底晶向無關(guān) ， 而 （ 111） 面上的 B/A比 （ 100） 面上的大 。隨著氧化溫度升高 ， 晶向?qū)?B/A影響減小 ， 因為在高溫下氧化速率受 B即擴(kuò)散控制；同樣當(dāng)氧化時間很長 ， 氧化層很厚時 ， 氧化速率受 B即擴(kuò)散控制 ， 因此晶面取向?qū)?B/A也不起作用 。 38 晶向?qū)ρ趸俾实挠绊? ?化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù) ks與晶向有關(guān)。因此線性速率常數(shù) B/A與晶向有關(guān)。在適當(dāng)溫度 (111)晶向硅的 B/A為 (100)硅的 ，（ 110）晶向為（ 100）晶向值。 ?拋物線速率常數(shù) B與晶向無關(guān)。 ?高溫長時間氧化，拋物線速率常數(shù) B起主要作用，晶向影響減弱。 39 襯底取向?qū)ρ趸俾视绊懙脑? B與晶向無關(guān) （ B/A)111= （ B/A)100 )/ex p (0 kTEkk ass ?? ks0是常數(shù)，與單位晶面上能與氧化劑反應(yīng)的硅價鍵數(shù)成正比。 40 （ 1）硅襯底中摻雜 P， B對氧化速率的影響 摻雜濃度增加氧化速率增大， 因此在氧化過程中，同一硅片表面上的重區(qū)域的氧化層厚度可能比輕摻雜區(qū)域的大很多。 （ 2）水汽，鈉 加快氧化速率，使得相同條件下生成的氧化層厚度變大。 （ 3）氯 在氧化氣氛中加入氯可以改善二氧化硅的特性。 41 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)速率限制， B/A起主要作用，氧化速率取決于硅表面的摻雜濃度 42 摻氯對氧化速率的影響 ?摻氯能增大 B/A和B。 SiO鍵能 eV, SiCl鍵能 eV, Cl2先與 Si反應(yīng)生成氯硅化合物，然后再與氧反應(yīng)生成 SiO2，起催化作用 ? Cl還可以中和界面的電荷堆積 ,減少界面態(tài) , B B/A Dry O2 + 13% Cl。 Cl is a metal getter ? cleaner oxide. 43 熱氧化過程中的雜質(zhì)再分布 ? 決定雜質(zhì)再分布的主要因素：（ 1）雜質(zhì)的分凝現(xiàn)象；（ 2）雜質(zhì)通過 SiO2表面逸散；（ 3）氧化速率的快慢；（ 4）雜質(zhì)在 SiO2的擴(kuò)散速度 ? 一 、 雜質(zhì)的再分布 ? ：硅在熱氧化時所形成的界面隨著熱氧化的進(jìn)行不斷向硅中推進(jìn) ， 原存在硅中的雜質(zhì)將在界面兩邊再分布 ， 直到達(dá)到在界面兩邊的化學(xué)勢相同 ， ? 分凝系數(shù) m=雜質(zhì)在硅中的平衡濃度 /雜質(zhì)在二氧化硅中的平衡濃度 44 ? ： ? 磷 、 砷等為 10左右 ， 鎵 ,20；硼的隨溫度上升而增大 ， 一般小于 1。 ? ? (1)m1， 在二氧化硅中是慢擴(kuò)散的雜質(zhì) ，如硼 ? (2)m1， 在二氧化硅中是快擴(kuò)散的雜質(zhì) ? (3)m1， 在二氧化硅中是慢擴(kuò)散的雜質(zhì) ，如磷 ? (4)m1， 在二氧化硅中是快擴(kuò)散的雜質(zhì) 45 A. m1，并且雜質(zhì)在氧化物中擴(kuò)散很 慢 。例如 B， k= 雜質(zhì)在 SiO2界面處濃度很高 B. m1，并且 雜質(zhì)在氧化物中擴(kuò)散很 快 。例如 B在含 H2氣氛下氧化，雜質(zhì)在 Si界面處的濃度趨于零。 46 C. m1， 并且雜質(zhì)在氧化物中擴(kuò)散 慢 。例如 P， As，Sb雜質(zhì)在硅界面處堆積 D. m1， 并且 雜質(zhì)在氧化物中擴(kuò)散快。例如 Ga，硅界面處的雜質(zhì)濃度低于體濃度。 47 ? 二、再分布對硅表面雜質(zhì)濃度的影響 ? 再分布后的硅表面附近的雜質(zhì)濃度，只與雜質(zhì)的分凝系數(shù)；雜質(zhì)在二氧化硅與在硅中的擴(kuò)散系數(shù)之比；以及氧化速率與雜質(zhì)的擴(kuò)散速率之比有關(guān)。 ? P：在一定溫度下，快速的水汽氧化比慢速的干氧氧化所引起的再分布程度大；在同一氧化氣氛中，氧化溫度越高，雜質(zhì)在硅表面濃度與在硅內(nèi)濃度趨于平衡。 ? B：在相同溫度下，快速的水汽氧化比慢速的干氧氧化所引起的再分布程度大；溫度升高， Cs/CB（雜質(zhì)在硅表面濃度與硅內(nèi)濃度之比）變大。 48 初始氧化階段以及薄氧化層的生長 ? 生產(chǎn)中 3nm厚度高質(zhì)量的柵氧化層 ， 自然氧化物 ， 輕度摻雜硅 ， ， 重度摻雜硅 。 ? 一 、 快速初始氧化階段 ? 二 、 薄氧化層的制備 49 對于超薄熱干氧化， GD模型無法準(zhǔn)確描述，實驗表明在 20 nm之內(nèi)的熱氧化生長速度和厚度比GD模型大的多。 超薄熱氧化的模擬 23nm DG (τ= 0) DG (τ= 40hr) 50 SiSiO2界面特性 ? 在 SiO2內(nèi)或者 Si － SiO2的界面處存在著各種電荷和陷阱 。 ? （ 1 ）單位面積里可動離子電荷：如 Na+離子Si表面負(fù)電荷（ N型溝道）－－清洗、摻氯氧化工藝－－ PSG－ SiO2 ? （ 2）氧化層固定電荷 過剩的 Si+，存在于離界面 20nm左右的 SiO2一側(cè)。 ? （ 3） 界面陷阱電荷 (快態(tài)界面 )－－分立 、 連續(xù)能級 、 電子狀態(tài) ， SiO2 Si界面處 ? （ 4） 氧化物陷阱電荷： Si
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