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1、1 氧化工艺一. 用途 （？种） 二. 氧化方法（？种） 三. 质量监测（？ ）一. 用途1.五种用途=杂质扩散掩蔽膜=器件表面保护或钝化膜=电路隔离介质或绝缘介质=电容介质材料=MOS管的绝缘栅材料1.二氧化硅膜的化学稳定性极高，不溶于水，除氢氟酸外，和别的酸不起作用。氢氟酸腐蚀原理如下：二. 二氧化硅膜的性质六氟化硅溶于水。利用这一性质作为掩蔽膜，光刻出IC 制造中的各种窗口。2. 二氧化硅膜的掩蔽性质B、P、As等杂质在SiO2的扩散系数远小于在Si中的扩散系数。Dsi DSiO2SiO2 膜要有足够的厚度。一定的杂质扩散时间、扩散温度下，有一最小厚度3. 二氧化硅膜的绝缘性质热击穿、电
2、击穿、混合击穿：a.最小击穿电场（非本征）针孔、裂缝、杂质。b.最大击穿电场（本征）厚度、导热、界面态电荷等；氧化层越薄、氧化温度越高， 击穿电场越低。介电常数34（3.9）（ 1 ）可动离子电荷：如Na+离子-Si表面负电荷（N型沟道）清洗、掺氯氧化工艺PSGSiO2（2）固定氧化物电荷-过剩的Si+（3）界面陷阱电荷(快态界面)分立、连续能级、电子状态（4）氧化物陷阱电荷： Si SiO2界面附近（1091013/cm2）-300退火（5）氧化层上的离子沾污4. Si-SiO2的界面特性及解决Na+ + + + + + + AlSiO2SiOXSi Na+Na+:可动离子 表面正负离子+
3、+氧化物陷阱电荷 : 固定电荷 :界面陷阱电荷5. Si-SiO2系统中的电荷(图1-1)三.P阱CMOS制造流程中的氧化步骤P阱CMOS制造流程号氧化步骤(1)初始氧化 氧化1(2)阱区光刻(3)阱区注入推进 氧化2，3(4)SiN4淀积 氧化4(5)有源区光刻 P阱CMOS制造流程号氧化步骤(续1)(6)场区光刻及注入 氧化5(7)场氧化及去除 SiN4 氧化6(场)(8)栅氧化及P管注入 氧化7，8栅(9)多晶淀积掺杂及光刻(10)P区光刻及注入 氧化9 (11) N区光刻及注入 氧化10 (12)PSG淀积及源漏区推进 氧化11 P阱CMOS制造流程号氧化步骤(续2)(13) 孔光刻(
4、14)铝溅射及光刻(15)PSG淀积 氧化12(钝化)(16) 光刻压焊块2 氧化方法一一.常规热氧化常规热氧化1.三种氧化三种氧化 速度 均匀重复性 结构 掩蔽性 水温干氧：慢 好 致密 好湿氧：快 较好 中 基本满足 95水汽：最快 差 疏松 较差 102实际采用：干氧湿氧干氧二二.水汽氯化氢氧化水汽氯化氢氧化1.掺氯氧化机理HCl氧化中的反应：氯在Si-SiO2界面处以氯硅氧复合体形式存在，它们与氧反应，释放出氯气。因电中性作用氯气对Na+有吸附作用，将Na+固定在Si SiO2界面附近，改善器件特性及可靠性。氯使界面处的硅形成硅空位，吸收本征层错中的过多的硅原子，减少层错。O Si+C
5、lOOO Si+ + Cl OO2. 掺氯氧化膜的负偏压不稳定性掺氯氧化膜加负偏压时，高温负电场会破坏SiSi、 SiO键，变形或破裂，增加固定氧化物电荷和界面陷阱电荷密度，使CV曲线向负方向移动。三三. . 其他常用氧化其他常用氧化1.氢氧合成氧化氢氧合成水-汽化=水汽氧化比湿氧优,均匀/重复性好2.低温氧化:缺陷少,（1000以下）但钝化效果差-加1100N2退火3。高压氧化：指高压水汽氧化，高密度、高折射率低腐蚀速率，杂质分凝效应小。图1-2 局部氧化及鸟嘴普遍采用SiO2/Si3N4覆盖开窗口,进行局部氧化,问题:1.存在鸟嘴, 氧扩散到Si3N4 膜下面生长SiO2, 有效栅宽变窄,
6、增加电容 2.吸附硼(B+)四四. . 局部氧化局部氧化(LOCOS)(LOCOS)P-SiSi3N4场氧化层SiO2鸟嘴注硼解决方法:1.侧壁掩膜(SWAMI) 2. SiO2/Si3N4之间加应力释放的多晶缓冲层(PBL)五. 先进的隔离技术0.25 =多晶封盖侧墙场氧化（PELOX）0.25(95)=氮化硅复盖隔离场氧化LOCOX（NCL） (96) =鸟嘴可控的多晶硅缓冲氧化（PELOX）(97)=浅槽隔离氧化（STI）(98)=全平面CMOS技术（PELOX）(99)六. 栅介质1 .超大规模IC 所需的薄栅氧化层(100A)要求:低缺陷抗杂质扩散的势垒特性低界面态密度和固定电荷热应力和辐射稳定性2.解决方法：预氧化清洗（湿法、干法 。HF）改进氧化工艺（高温快速氧化。厚氧化层高压氧化）化学改善氧化工艺（Cl、F、NH3、 NO2惰性退火）多层栅介质（低温氧化层) ( SiO2/ Si3N4 ） (SiO2/ Si3N4 / SiO2)七七.质量检测质量检测1.厚度测量：干涉法：劈尖磨角，双光干涉，比色椭偏仪高频CV法：tox=0Sio2A/Cmax2.氧化膜针孔：阳极氧化、涂液晶法、氯气腐蚀等3.可动电荷：CV特性测试固定电荷Nf可动电荷总电荷可动电荷MOS电容瞬态特性作业：
