导图社区 《半导体工艺与制造技术》第四章 氧化
《半导体工艺与制造技术》第四章 氧化,氧化过程是在半导体表面生成一层氧化膜的过程,这层氧化膜在半导体器件的制造中具有重要作用,如作为绝缘层、掩蔽层、钝化层等。
“半导体工艺与制造技术 - 扩散”从掺杂概述切入,介绍杂质相关基础。进而详细阐述扩散工艺,含工艺分类、流程等。接着深入讲解杂质扩散机制与效应、扩散系统与扩散方程。还涉及扩散杂质的分布、影响其分布的其他因素、分析表征以及杂质分布的数值模拟 ,全面且系统地呈现了半导体扩散工艺的知识体系。
围绕半导体工艺与制造技术展开,涵盖多方面内容。开篇介绍半导体产业政策、发展现状、基础概念及产业链。接着阐述基本材料知识,如相图、晶体结构和缺陷类型 。然后讲解晶圆制备,包括直拉法、布里奇曼法等生长方法,以及掺杂、制备流程、规格和清洗工艺,全面呈现了半导体制造从基础理论到关键制备环节的要点。
社区模板帮助中心,点此进入>>
互联网9大思维
安全教育的重要性
组织架构-单商户商城webAPP 思维导图。
个人日常活动安排思维导图
域控上线
西游记主要人物性格分析
17种头脑风暴法
python思维导图
css
CSS
第四章 氧化
SiO₂的性质、结构及应用
基本性质
密度为 2.20g/cm³(无定形),分子量 60.084,熔点 1650 (±50)℃
高温干氧氧化法制备的电阻率达 10¹⁶Ω・cm,禁带宽度 8eV
不同氧化方法制备的 SiO₂在密度、折射率等方面存在差异
结构特点
由 Si - O 四面体构成,相邻四面体靠 Si - O - Si 键桥连接
结晶形 SiO₂原子排列规则,无定形 SiO₂排列不规则
杂质会改变 SiO₂结构,影响其强度
应用领域
作为离子注入屏蔽层,阻挡离子对硅衬底的影响
充当扩散掩蔽层,阻止特定杂质扩散
在 LOCOS 工艺中实现硅的局部氧化,用于器件隔离
氧化工艺
热氧化法
干氧氧化:高温下氧气与硅反应,生长速率慢但薄膜质量高
水汽氧化:硅与水蒸气反应,生长速率快
湿氧氧化:氧化剂含氧气和水汽,生长速率介于干氧和水汽氧化之间
氢气和氧气合成氧化:可调节水汽压力,用于特定工艺需求
快速热氧化:适用于制备深亚微米器件的栅极氧化层
其他方法
真空蒸发法:一氧化硅蒸发与氧反应,工艺条件特殊
溅射法氧化:通过辉光放电使硅原子和 SiO₂分子沉积
阳极氧化法:用于测量、分析扩散杂质的分布及结深
热氧化生长动力学
动力学模型
热氧化分三步,氧化剂依次穿过滞流层、氧化层并与硅反应
存在化学反应控制和扩散控制两种情况
氧化层生长速率公式为
R = N 1 [ 1 + h k s + D o x k s t o x H k s P s
氧化时间不同,生长规律分为抛物型和线性
CMOS 技术中的薄氧化层
随着 IC 特征尺寸减小,栅氧化层需按比例减薄
薄栅氧化层应满足低缺陷密度等关键要求
常用稀释氧化等工艺制备薄氧化层
氧化速率影响因素
氧化剂分压
分压影响抛物型速率常数 B,与 B 成正比关系
高压氧化可降低温度和时间,低压氧化用于特定需求
氧化温度
温度影响氧化剂在 SiO₂中的扩散系数,从而影响 B
对线性速率系数 B/A 也有影响,与化学反应常数 kₛ有关
晶向
抛物型氧化速率常数 B 与晶向无关
线性氧化速率常数 B/A 依赖晶面取向,(111) 面速率常数大于 (100) 面
掺杂影响
掺磷使氧化速率增大,掺硼使 B 增大,B/A 不变
掺氯可改善 SiO₂特性,加速反应并清洁表面
硅的氮氧化物
引入 N 可降低硼扩散系数,增大介电常数
存在电子陷阱密度高、界面态密度增大等缺点
热氧化中的杂质再分布
再分布因素
杂质分凝现象决定杂质在硅和二氧化硅中的分配比例
杂质通过 SiO₂表面逸散影响再分布结果
氧化速率和杂质在 SiO₂中的扩散速度也起作用
再分布类型
m<1 且慢扩散杂质,SiO₂中杂质浓度高,硅表面浓度下降
m<1 且快扩散杂质,硅表面杂质浓度几乎为零
m>1 且慢扩散杂质,硅表面杂质浓度升高
m>1 且快扩散杂质,硅表面杂质浓度比体内低
Si - SiO₂界面特性
界面电荷种类
可动离子电荷主要为碱金属离子,影响阈值电压和稳定性
氧化层陷阱电荷由氧化层缺陷产生,影响器件可靠性
氧化层固定电荷源于过剩硅离子,使 C - V 曲线移动
界面陷阱电荷由不饱和价键产生,影响器件性能
检测及解决
C - V 法可检测界面电荷
采用含氯氧化工艺等可减少可动离子电荷
选择合适氧化工艺条件可减少氧化层陷阱电荷
快速退火可减小氧化层固定电荷密度
特殊退火工艺可降低界面陷阱电荷密度
氧化层的分析表征
台阶测量法
通过掩蔽腐蚀制作台阶,用 SEM 等仪器测量
该方法具有破坏性,需专用测试晶圆片
椭圆偏振光测量法通过比较入射光和反射光获取薄膜信息
干涉法利用反射光干涉现象测量氧化层厚度
C - V 测量法根据电容与氧化层厚度关系测量
氧化工艺模拟
模拟工具
使用 nanoHUB 等在线工具,输入参数进行模拟
也可使用专业软件如 ATHENA 进行复杂工艺模拟
模拟示例
以特定工艺模拟,包括升温、氧化等步骤
对比迪尔 - 格罗夫模型预测与实际结果,分析差异