热氧化.ppt

1 半导体工艺原理半导体工艺原理 重庆邮电大学 微电子系 氧化与掺杂 氧化与掺杂 n氧化与掺杂是最基本的微电子平面工艺之一。 n通常氧化是指热氧化单项工艺，是在高温、氧（或 水汽）气氛条件下，衬底硅被氧化生长出所需要厚 度二氧化硅薄膜的工艺； n掺杂是指在衬底选择区域掺入定量杂质，包括扩散 掺杂和离子注入两项工艺。 n扩散是在高温有特定杂质气氛条件下，杂质以扩散 方式进入衬底的掺杂工艺；而离子注入是将离子化 的杂质用电场加速射入衬底，并通过高温退火使之 有电活性的掺杂工艺。 氧化和光刻 2 第4章 热热氧化 n4.1二氧化硅薄膜概述 n4.2 硅的热热氧化 n4.3 初始氧化阶阶段及氧化层层制备备 n4.4 热热氧化过过程中杂质杂质 的再分布 n4.5 氧化层层的的质质量及检测检测 n4.6 其他氧化方法 3 热氧化工艺是一种在硅片表面生长二氧化硅薄膜的手段 。 4.1二氧化硅薄膜概述 n二氧化硅是微电子工艺中采用最多的介质薄膜 。 n二氧化硅薄膜的制备方法有： 热氧化 化学气相淀积 物理法淀积 阳极氧化等 4 4.1二氧化硅薄膜概述 n二氧化硅具有良好的稳定性和绝缘性。 n二氧化硅薄膜具有与硅的良好亲和性、稳定的 物理化学性质和良好的可加性，以及对掺杂杂 质的掩盖能力，在集成电路工艺中占有重要的 地位。 n热氧化是最常用的氧化方法，需要消耗硅衬底，是一种 本征氧化法。 5 4.1.1 二氧化硅结构 nSiO2基本结构单元 6 二氧化硅是自然界广泛存 在的物质质，按其结结构特征 可分为为： 结结晶形 非结结晶形 结构 7 石英晶体是结结晶态态二氧化硅，氧原子都是桥联桥联 氧原子 。 石英晶格结构 桥联桥联 氧原子 非桥联桥联 氧原子 结构 8 热热氧化的SiO2是非晶态态，是四面体网络络状结结构，两四 面体之间间的氧原子称桥键桥键 氧原子，只与一个四面体相 联联的氧原子称非桥联桥联 氧原子原子密度2.2*1022/cm3。 非晶态二氧化硅结构 非晶态态二氧化硅薄膜的氧原 子多数是非非桥联桥联 氧原子 ，是长长程无序结结构，左图图 是非晶态态二氧化硅结结构。 4.1.2 二氧化硅的理化性质及用途 n密度 是SiO2致密程度的标志。密度大表示致密程度 高，约2-2.2g/cm3； n熔点 石英晶体1732，而非晶态的SiO2无熔点，软 化点1500； n电阻率 与制备方法及所含杂质有关，高温干氧可达 1016cm，一般在107-1015 cm； n介电性 介电常数3.9； n介电强度 100-1000V/m； n折射率 在1.33-1.37之间； n腐蚀性 只和HF酸反应，与强碱反应缓慢。 9 0.8 nm栅氧化层 元器件的组成部分 二氧化硅膜用途 10 离子注入掩蔽 作为掩蔽膜 二氧化硅膜用途 11 互连 层间 绝缘 介质 二氧化硅膜用途 12 13 隔离工艺 作为电隔离膜 二氧化硅膜用途 14 n作为掩膜； n作为芯片的钝化和保护膜； n作为电隔离膜； n作为元器件的组成部分。 15 二氧化硅膜用途 16 TEM照片单晶硅表面热氧化所得非晶二氧化硅薄膜 透射电子显微镜 （Transmission electron microscopy，缩写TEM ） SiO2与Si之间完美的界面特性是成就硅 时代的主要原因 4.1.3 二氧化硅薄膜中的杂质 17 P B 网络改 变者 网络形成 者 4.1.3 二氧化硅薄膜中的杂质 18 掺入SiO2中的杂质，按它们在SiO2网络中所处的位 置来说，基本上可以分为两种： 替代（位）式杂质：取代Si-O四面体中Si原子位置 的杂质为替位杂质。 这类杂质的特点是离子半径与Si原子的半径相接近或比Si原子半径小， 在网络结构中能替代或占据Si原子位置，也称为网络形成杂质。由于他 们的价电子数与硅不同，所以当其替代硅原子位置后，会使得网络的结 构和性质发生变化。（磷进入，磷硅玻璃 , PSG，疏松；硼，硼硅玻璃 ，BSG，网络强度增大） 4.1.3 二氧化硅薄膜中的杂质 19 间隙式杂质，具有较大离子半径的杂质进入SiO2网 络只能占据网络中的间隙孔位置，成为网络变形（ 改变）杂质。 当网络改变杂质的氧化物进入后，将被电离并把氧 离子交给网络，是网络产生更多的非桥联氧离子来 替代原来的桥联氧原子，引起非桥联氧离子浓度增 大而形成更多的孔洞，降低网络结构强度，降低熔 点，以及其他性能变化。 4.1.4 杂质在SiO2中的扩散 n杂质SiO2中在扩散系数： DSiO2=D0exp(-E/kT) n利用相同情况下，硼、磷等常用杂质在SiO2中的扩 散速度远小于在硅中扩散速度，SiO2层对这些杂质 起到“掩蔽”作用。（所谓的掩蔽，并不是杂质绝对 不能进入SiO2 膜，而是进入较缓慢而已。） n镓和钠等碱金属扩散在SiO2扩散速度快， SiO2层对 这些杂质起不到“掩蔽”作用。 20 4.1.5 SiO2的掩蔽作用 21 微电电子工艺艺中采用的是二氧化硅薄膜是非晶态态（又称 玻璃态态）薄膜，在微电电子芯片制造中起着十分重要的 作用，它既可作为杂质选择扩为杂质选择扩 散的掩膜，又可作为为芯 片表面的保护层护层 和钝钝化层层。 4.1.5 SiO2的掩蔽作用 22 杂质杂质 的关系曲线线 硅衬衬底上的SiO2作掩膜要 求 杂质杂质 在SiO2层层中的扩扩散深 度 小于SiO2本身的厚度 n掩蔽条件: DSiDSiO2 SiO2掩蔽层厚度的确定 23 所需氧化层层的最小厚度 若 不同温度下掩蔽P、B所需氧 化层厚度与扩散时间关系图 硅衬衬底上的SiO2要能够单够单 做掩膜来实现实现 定域扩扩 散，需要SiO2满满足： 1、 SiO2有一定的厚度；2、 DSiDSiO2； 3、且SiO2表面杂质浓杂质浓 度（CS）与Si/SiO界面杂杂 质质（Cl）之比比达到一定比值值，可保证证SiO2 起到掩蔽膜作用。 4.1.5 SiO2的掩蔽作用 24 杂质杂质 的关系曲线线 1.除Au外，DSi/DSiO2随T升高而增加； 2.能够掩蔽B、P的扩散，但不能掩蔽 Ga； 3.Au在SiO2中扩扩散系数很小，但由于 在Si中扩扩散系数很大，则则在扩扩散时时 ，Au可沿着硅表面或Si/SiO2界面扩扩 散到硅中去。所以SiO2不能掩蔽Au 扩扩散。 4.2 硅的热热氧化 n热热氧化制备备SiO2工艺艺就是在高温和氧化物质质（氧气或者水 汽）存在条件下，在清洁洁的硅片表面上生长长出所需厚度的 二氧化硅。 n热热氧化是在Si/SiO2界面进进行，通过扩过扩 散和化学反应实现应实现 。 O2或H2O，在生成的二氧化硅内扩扩散，到达Si/SiO2界面后 再与Si反应应， O2+Si SiO2； H2O+Si SiO2+H2 ， n 硅被消耗，所以硅片变变薄，氧化层层增厚。 生长长1m厚SiO2 约约消耗0.44m 厚的硅 25 4.2.1 热热氧化工艺艺 n热氧化的设备主要有水平式(6英寸以下的硅片) 和直立式(8英寸以上的硅片)两种。 n氧化系统由四部分组成： n气源柜 n炉体柜 n装片台 n计算机控制系统 26 27 氧化炉 电阻加热氧化炉（水平式） 注意：在硅片进出氧化区域的过程中，要注意硅片上温度的变化 不能太大，否则硅片会产生扭曲，引起很大的内应力。 热氧化方法 n干氧氧化：以干燥纯净的氧气作为氧化气氛。 n特点：氧化膜致密性最好，针孔密度小，掩蔽能力强；薄膜 表面干燥，适合光刻，但是生长速率最慢、易龟裂； n湿氧氧化：让氧气在通入反应室之前先通过加热的高纯去离 子水，使氧气中携带一定量的水汽。 n氧化膜较干氧氧化膜疏松，针孔密度大，表面含水汽，光刻 性能不如干氧，容易浮胶。湿氧与干氧比，水温越高，水汽 就越多，二氧化硅生长速率也就越快； 28 热氧化方法 n水蒸汽氧化：以高纯水蒸气或直接通入氢气或氧气为氧化气 氛。 n在三种热氧化方法中氧化膜致密性最差，针孔密度最大，薄 膜表面潮湿，光刻难，浮胶。但是，生长速率最快。 29 氧化 方 式 氧化 温度 （） 生长长速率常数 （m2/min） 生长长0.5 微米SiO2 所需时间时间 （min） SiO2的密度 （g/mm） 备备注 干氧 10001.4810-418002.27 12006.210-43602.15 湿氧 100038.510-4632.21 水浴温度 95 1200117.510-4222.12 水汽 100043.510-4582.08 水汽发发生器 水温 102 120013310-4182.05 30 三种热生长方法及SiO2薄膜特性的比较 工艺 n掩膜氧化（厚氧化层） 干氧-湿氧-干氧 n薄层氧化（MOS栅） n干氧 n掺氯氧化 n热氧化工艺流程：洗片-升温-生长-取片 31 工艺 n热氧化是以消耗衬底为代价的，这类氧化称为本征氧化 ，以本证氧化生长的二氧化硅薄膜具有玷污少的优点。 n热氧化温度高，氧化膜致密性好，针孔密度小。因此， 热氧化膜可以用来作为掺杂掩膜和介电类薄膜。 n半导体芯片生产中制备SiO2薄膜的常用方法除了热氧化法 外，还有热分解淀积法、外延淀积法等。 32 不同工艺艺制作的SiO2的主要物理性质质 氧化方法 密 度 (g/cm2) 折 射 率 (=5460) 电电 阻 率 (cm) 介 电电 常 数 介 电电 强 度 (106v/cm) 干 氧2.242.271.4601.466 31015 21016 3.4(10千周)9 湿 氧2.182.211.4351.4583.82(1兆周) 水 汽2.002.201.4521.462101510173.2(10千周)6.89 热热分解淀积积2.092.151.431.45107108 外延淀积积2.31.461.477810143.54(1兆周)56 33 4.2.2 热氧化机理 n在热氧化过程中，氧离子或水分子 能够在已生长的SiO2中扩 散进入Si/SiO2面，与硅原子反应生成新的SiO2网络结构，使 SiO2膜不断增厚。 n与之相反，硅体内的Si原子则不容易挣脱Si共价键的束缚， 也不容易在已生长的SiO2网络中移动。 n所以，在热氧化过程中，氧化反应将在Si/SiO2界面处进行,而 不是发生在SiO2层的外表层，这一特性决定了热氧化的机理 。 34 4.2.2 热氧化机理 n氧在SiO2中的扩散是以离子形式进行的。 n氧离子通过扩散进入达到Si/SiO2界面，然后在界面处于Si发 生反应而形成新的SiO2，从而使SiO2层越长越厚。 n首先，界面处的一个硅原子夺取邻近SiO2中的两个氧离子， 形成新的SiO2，因而出现两个氧离子空位，然后由SiO2层上 面的氧离子扩散进入来填补氧离子的空位，这样氧就以SiO2 中氧离子空位作为媒介而扩散到Si/ SiO2界面。 n（氧离子向内部扩散，而空位向外扩散的过程） 35 4.2.2 热氧化机理 n干氧氧化含有的氧离子包括通过SiO2的扩散和在界面上与硅 发生化学反应两个过程。 n在较高温度下，界面化学反应比较快，而氧离子通过SiO2的 过程较慢，因此氧化速率将主要取决于氧离子扩散通过SiO2 层的快慢。显然，随着氧化的进行， SiO2层不断增厚，氧 化速率也就越来越慢。 36 4.2.2 热氧化机理 37 n在热氧化的过程中，氧化反应将在SiO2-Si界面处进 行，而不发生在SiO2层的外表层； n热氧化是通过扩散与化学反应来完成的，氧化反应 是由硅片表面向硅片纵深依次进行的，硅被消耗， 所以硅片变薄，氧化层增厚。 38 4.2.3硅的DealGrove热氧化模型 nDealGrove模型（迪尔-格罗夫模型） （线性抛物线模型，linear-parabolic model) 可以用固体理论解释的一维平面生长氧化硅的模型。 n适用于： n氧化温度7001300 oC； n局部压强0.125个大气压； n氧化层厚度为202000 nm的水汽和干法氧化 39 气体中扩散 固体中扩散 SiO2 形成 SiO2 Si衬底 气流滞流层 氧化剂流动方向 (如 O2或 H2O） 40 热氧化动力学（迪尔-格罗夫模型） n氧化剂输剂输 运-气体输输运流密度用F1表 示 F1=hg(Cg-Cs) （hg 气相质 质量输输运系数） 固相扩扩散： n化学反应应： n热热氧化是在氧化剂剂气氛下进进行：O2流 密度不变变，即准平衡态稳态稳 定生长长： F1=F2=F3 （Cs、C0、CI） 41 pg ps F1 F2 F3 SiO2Si - 0 x Cg Cs Co Ci 主流 气体 粘滞层层 O2 x0 热氧化动力学（迪尔-格罗夫模型） n在平衡条件下，SiO2中氧化剂浓剂浓 度C* 应应与气体中的氧化剂剂分压压Pg成正比： nC*=HPg 42 pg ps F1 F2 F3 SiO2Si - 0 x Cg Cs Co Ci 主流 气体 粘滞层层 O2 x0 4.2.4 热热氧化生长长速率 43 假设氧化前硅片表面上存在的初始氧化层厚度为 求解出氧化层生长厚度与生长时间 之间的关系式为 其中 解为 两种极限情况 44 抛物线速率常数 线性速率常数 扩散控制：DSiO2 0， Ci 0， Co C * 反应控制：ks 0， Ci Co= C */（1+ks/h） 气体 C0 SiO2Si ks0 DSiO20 C x Ci 氧化时间很短，反应控制阶段: 热氧化速率 45 热氧化速率是有三个方面因素决定： 1. 氧化剂在气体内部输运到二氧化硅界面速率； 2. 氧化剂在二氧化硅中扩散速率； 3. Si/SiO2界面的化学反应速率。 4.2.5 影响氧化速率的各种因素 n实测值 n在两种极限情况 下：长时间氧化 或氧化时间时间 很短 ，实测值和计算 值吻合。 46 温度对氧化速率的影响 47 n实测氧或水汽在二氧化硅中的溶解、扩散，以及在 Si/SiO2界面的化学反应速率均是温度的函数。 DSiO2=D0exp(-E/kT) 可知：抛物线速率常数B与温度成指数关系。 B/A 线性速率常数的主要因素是Ks=Ks0exp(-Ea/kT) 温度对氧化速率的影响 48 气体分压对氧化速率的影响 n氧化剂剂分压压Pg 是通过过C*对对B 产产生影响： BPg 49 C0 硅衬底的晶向对氧化速率的影响 n不同晶向的衬底单 晶硅由于表面悬挂 键密度不同，生长 速率也呈现各向异 性。(Ks 影响A) n空间位阻 （Steric Hindrance） 50 Ks=Ks0exp(-Ea/kT) 掺杂情况对氧化速率的影响 n线性和抛物型氧化速率常数对存在于氧化剂 中或存在于硅衬底中的杂质敏感。 51 掺杂情况对氧化速率的影响 n1） - 族元素 - 族元素是常见的掺杂元素。当它们在衬 底硅中的浓度相当高时，会影响氧化速率， 其原因是氧化膜的结构和氧化膜中的杂质含 量和杂质种类有关。 52 掺杂情况对氧化速率的影响 n1） - 族元素 硅在热氧化过程中，杂质在Si/SiO2界面存在再分布 。界面杂质的再分布现象会对氧化膜特性产生影响 。 硼的分凝系数小于1，氧化时杂质分凝到SiO2中去，使SiO2网络结构强度变 弱，氧化剂在其中有较大的扩散系数，浓度也会增大，因此氧化速率提高 。 磷的分凝系数大于1，只有少量的掺入到生长的SiO2中，而大部分集中在界 面处和靠近界面的硅中，因而会使线性氧化速率变大，抛物线速率受影响 不大。（因为氧化剂在SiO2 中的扩散不受影响，低温下表面反应控制是主 要的，高温下扩散控制为主。） 53 掺杂情况对氧化速率的影响 n1） - 族元素 -磷在较低温度增强氧化明显， -硼在低温时增强氧化不明显，高温明显。 -钠、水汽、氯都能显著提高氧化速率。 54 55 掺杂对氧化速率的影响 900 C时干氧氧化速率随掺杂磷浓度的变化 掺杂浓度对氧化速率的影 响一般在高浓度下才明显。 氧化层在不同掺杂浓度下 生长厚度。 2）钠元素掺入对氧化速率影响 n钠钠元素以氧化物形式存在于SiO2网络络中，增加氧含 量，非桥联桥联 氧原子增多，网络结络结 构强度减弱，孔 洞增多。 n钠钠元素会在Si-SiO2界面上堆积积，线线性和抛物型氧 化速率常数快速增大。 n增加SiO2中氧化剂剂的浓浓度和扩扩散能力，提高氧化 速率。 56 3) 卤族元素掺入对氧化速率影响 n在氧化气氛中加入适量的卤卤族元素会改善氧化膜及 其下面硅的特性。 n氧化膜特性的改善包括钠钠离子浓浓度减少、介质击质击 穿强度增加、界面态态密度减少。 n实实践中应应用较较多的卤卤族元素是氯氯，在Si-SiO2界面 上或界面附近，氯氯能使杂质转变杂质转变 成容易挥发挥发 的氯氯 化物从而起到吸杂杂的效果，另外也能看到氧化诱诱生 旋涡涡缺陷减少。 57 掺氯对氧化速率的影响 58 N型硅（100）和（111）晶面氧化速率常数与HCl浓浓度之间间关系 （900，1000，1100） 水汽的存在对氧化速率的影响 n在干氧氧化的气氛中，只要存在极小量 的水汽，就会对氧化速率产生重要影响 。 59 影响氧化速率因素 n温度 影响很大， H, h,D,ks都与温度有关。 n气体分压 提高反应器内氧气或水汽的分压能提 高线性氧化速率。有高压氧化和低压氧化技术 。 n硅晶向 对氧化速率略有不同，（111）晶向速 率最快，（100）晶向速率最慢。 n掺杂 掺杂浓度越高氧化速率越快，将此现象称 为增强氧化。 60 4.3 初始氧化阶阶段及薄氧化层层制备备 n自然氧化物不是连续 生长而是阶段的生长 。 n D-G模型对30nm以 下的干氧氧化不准。 n初始氧化阶段的氧化 机制仍是日前研究热 点。 61 4.3 初始氧化阶阶段及薄氧化层层制备备 n薄栅氧化层(1，在SiO2/Si界面杂质向Si内扩散，Si面杂质浓 度高，堆积。P kp= 10， As kAs=10，Ga kGa=20 。 64 分凝现现象：指杂质杂质 在SiO2和Si中平衡浓浓度不同的现现象 。 分凝系数是衡量分凝效应应强弱的参数： n硼在硅/二氧化硅系统中的分凝系数随温度上升而 增大，且还还与晶向有关。 n少量的水汽会对对硼的分凝系数产产生很大的影响。 n分凝效应在芯片生产中如控制不当会产生不利影响 ，但也可用来调节表面浓度和方块电阻，给工艺控 制增加了灵活性。 65 （1）杂质分凝效应 n扩散速率。杂质在二氧化硅和硅中的扩散速率不同， 热氧化时，将引起Si/SiO2界面杂质的再分布。 n扩散系数D是描述杂质扩散快慢的一个参数，一般情 况下，按杂质再SiO2中扩散速率的快慢又分为快扩散 杂质和慢扩散杂质。 66 （2）扩散速率 （3）界面移动 n热氧化时，Si/SiO2界面向硅内部移动，界面 移动的速率对Si/SiO2界面杂质再分布也有影 响。 n界面移动取决于氧化速率。 n水汽氧化干氧氧化。 67 n杂质在SiO2中的扩散，如扩散系数大，则杂质迅速通 过SiO2扩散，影响Si/SiO2界面附近杂质的分布； n扩散速率与界面移动速率之比也会影响杂质再分布； n杂质在SiO2层中及表面的逸散造成杂质在Si/SiO2界面 和SiO2表面处分布更为复杂。 68 杂质的再分布 杂质在SiO2/Si界面分布 69 SiO2/ Si SiO2/ Si SiO2/ SiSiO2/ Si k1 杂质在硅 一侧堆积 4.4.2 再分布对硅表面杂质浓度的影响 70 热氧化后硅中磷的表面浓度 Ns硅表面浓度， Nb硅内浓度 热氧化后硅中硼的表面浓度 氧化速率与杂质的扩散速率之比。 71 计算得到的在不同温度下氧化后硅中硼的分布曲线 高温氧化对杂质浓度分布的影响 4.5 氧化层的质量及检测 n一般要求：表面无斑点，裂纹，白雾， 发花和针孔等毛病； n主要为表面观察和厚度测量 72 4.5.1 氧化层检测 n镜检：外观颜色均匀性，有无裂纹等 n厚度：光学方法、探针轮廓仪等 n针孔密度：腐蚀法、铜缀法 n电荷面密度：C-V法 73 （）双光干涉法 n原理：利用测测定氧化层层台阶阶上的干涉条纹纹数目求氧化层层厚 度的双光干涉法。当用单单色先垂直照射氧化层层表面时时，由于 是透明介质质，所以入射光将分别别在表面和硅界面处处反射。 n设备设备 ：一台单单色光源（一般采用纳纳光灯）和一台普通的干 涉显显微镜镜。 n测测量方法： n试试片（陪片）表面涂一小滴黑胶，然后在HF中未被保护护的腐 蚀蚀掉，丙酮酮除去黑胶，这样这样 在硅片表面出现现一个台阶阶。用干 涉显显微镜观镜观 察表面时时，在台阶处阶处 就出现现的明暗相同的干涉条 纹纹，根据干涉条纹纹数目，可计计算出的氧化层层厚度 n一般从一个最亮到相邻邻的一个最亮条（或最暗条到相邻邻的另 一个最暗条）就算一个干涉条纹纹。而从最暗到相邻邻最亮条则则 可算为为半根。 74 75 （a） （b） 图 氧化层厚度测量- 干涉条纹 n：二氧化膜的折射率，约为约为 1.5； N：干条纹纹的条数。 （）比色法 76 可根据氧化层表面颜色和表中所列颜色进行比较，来确定氧化层的厚度 4.5.2 SiO2层层成膜质质量的测测量 -针针孔密度 n腐蚀蚀法 n腐蚀蚀液为邻为邻 苯二酚，胺，水(PAW) ，通过针过针 孔 化学腐蚀衬蚀衬 底硅。 n氯氯气腐蚀蚀法：900以上，氯氯气对针对针 孔部位的Si 腐蚀蚀。 n铜缀铜缀 法，含铜电铜电 解液，电电流通过针过针 孔流通 ，电电化学反应应在针针孔析出铜铜。 77 氧化诱生堆垛层错（OSF） 78 界面硅侧有大量自填隙硅原子， 这些点缺陷结团形成堆垛层错， 一般位于111面中。 Si腐蚀后，显露的OSF，继 续腐蚀将显露更多缺陷 氧化层中的电荷 79 * * * * * * * * * * 界面陷阱电荷 Qit SiO2 Si + + + + + + + + + + 氧化层固定电荷 Qf 氧化层陷阱电荷 Qot + + + + - - - - - 可动离子电荷 Qm K+ Na+ 可动离子电荷（Qm ） n可动离子电荷（Qm）-在二氧化硅中都是网络改 变者存在、正电的碱金属离子杂质，主要是Na+、 K+、H+ 等。 n其中主要是Na+。在人体与环境中大量存在Na+， 热氧化时容易发生Na+沾污。 n降低方法 加强工艺卫生方可以避免Na+沾污；也可采用掺 氯氧化，固定Na+离子；高纯试剂。 80 固定离子Qf（电荷） n固定离子电荷Qf -主要是氧空位，极性不随表面势 和时间的变化而变化，所以叫固定电荷。 n存在机理-一般认为固定电荷与界面一个很薄的（ 约30）过渡区有关，过渡区有过剩的硅离子，过剩 的硅在氧化过程中与晶格脱开，但未与氧完全反应。 n降低方法 （1）干氧氧化空位最少，水汽氧化氧空位最多。 热氧化时，首先采用干氧氧化方法可以减小这一现象 。 （2）氧化后，高温惰性气体中退火也能降低固定 电荷。 81 界面陷阱电荷Qit n界面态（界面陷阱电荷） Qit是能量处于硅禁带中、 可以与价带或导带交换电 荷的陷阱能级或电荷状态 。 n与衬底晶向、氧化条件和 退火条件密切有关。 (111) 最高，(100) 最低 。 n降低方法-在金属化后 退火（PMA）；低温、惰 性气体退火可降低。 82 氧化层陷阱电荷Qot n存在于SiO2中和Si-SiO2界面附近，陷阱俘获 电子或空穴后分别荷负电 或正电。 n产生方式主要有电离辐射和热电 子注入。 n降低方法-选择 适当的氧化工艺条件；在惰 性气体中进行低温退火；采用对辐 照不灵敏 的钝化层可降低。 83 热应力的影响 n因为SiO2与Si的热膨胀系数不同 (Si是2.610-6K-1，SiO2是510-7K-1) 因此在结束氧化退出高温过程后，会产生很 大的热应 力 。 n在加热或冷却过程中要使硅片受热均匀，同 时，升温和降温速率不能太大。 84 4.6 其它氧化方法 n4.6.1 掺氯掺氯 氧化 n4.6.2 高压压氧化 85 4.6.1 掺氯掺氯 氧化 n钝钝化可动动离子，尤其是钠钠离子； n减少SiO2中缺陷，提高了氧化层层的抗击击穿能力； n降低了界面态态密度和表面固定电电荷密度； n减少了氧化导导致的堆垛层错垛层错 ，增加了氧化层层下面 硅中少数载载流子的寿命。 n氯氯气有毒，对对管路有腐蚀蚀，HCl对对硅有腐蚀蚀。 86 氯氯的掺掺入可改善SiO2 层层和 SiO2 /Si界面的性质质 4.6.2 高压压氧化 n氧化剂的压力在几个到几百个大气压之间的热氧 化称高