第七章氧化 概述 硅表面Si02的简单实现,是硅材料被广泛 应用的一个重要因素。本章中,将介绍Si0的 生长工艺及用途、氧化反应的不同方法,其中 包括快速热氧化工艺。另外,还简单介绍本工 艺中最重要的部分一反应炉,因为它是氧化 扩散、热处理及化学气相淀积反应的基本设备 7.1二氧化硅的性质、用途 在半导体材料硅的所有优点当中,SiO2的 极易生成是最大的有点之一。当硅表面暴露在 氧气当中时,就会形成Si02
概述 硅表面SiO2的简单实现，是硅材料被广泛 应用的一个重要因素。本章中，将介绍SiO2的 生长工艺及用途、氧化反应的不同方法，其中 包括快速热氧化工艺。另外，还简单介绍本工 艺中最重要的部分---反应炉，因为它是氧化、 扩散、热处理及化学气相淀积反应的基本设备。 7.1 二氧化硅的性质、用途 在半导体材料硅的所有优点当中，SiO2的 极易生成是最大的有点之一。当硅表面暴露在 氧气当中时，就会形成SiO2。 第七章 氧 化
结构、性质 Si02膜的原 硅 氧 子结构如图所示 它是由一个硅原子 被4个氧样原子包 围着的四面体单元 组成的。是一种无 定型的玻璃状结构 具体地说是一种近 程有序的网状结构 图102二氧化硅的原子结构 没有长程有序的晶 (承蒙 International SEMATECH允许使用) 格周期
结构、性质 SiO2 膜 的 原 子结构如图所示。 它是由一个硅原子 被4个氧样原子包 围着的四面体单元 组成的。是一种无 定型的玻璃状结构， 具体地说是一种近 程有序的网状结构， 没有长程有序的晶 格周期
尽管硅是一种半导体,但Si02是一种绝缘 材料。是硅器件制造中得到广泛应用的一种膜 层,因为SiO既可以用来处理硅表面,又可以 作为掺杂的阻挡层、表面绝缘层及作为器件中 的绝缘部分。 7.1.1表面钝化 无论采取什么样的措施,器件受污染的影 响总是不可避免的。Si0层在防止硅器件被污 染方面起到了一个非常重要的作用。原因是 Si02密度非常高、非常硬,因此硅表面的Si02 层可以扮演一个污染阻挡层的角色。 另一方面,Si02对器件的保护是原于其化 学特性。因为在制造过程中,无论工作室多么 洁净,总有一些电特性活跃的污染物最终会
尽管硅是一种半导体，但SiO2是一种绝缘 材料。是硅器件制造中得到广泛应用的一种膜 层，因为SiO2既可以用来处理硅表面，又可以 作为掺杂的阻挡层、表面绝缘层及作为器件中 的绝缘部分。 7.1.1表面钝化 无论采取什么样的措施，器件受污染的影 响总是不可避免的。SiO2层在防止硅器件被污 染方面起到了一个非常重要的作用。原因是 SiO2密度非常高、非常硬，因此硅表面的SiO2 层可以扮演一个污染阻挡层的角色。 另一方面，SiO2对器件的保护是原于其化 学特性。因为在制造过程中，无论工作室多么 洁净，总有一些电特性活跃的污染物最终会
进入或落在硅片表面,在氧化过程中,污染 物在表面形成新的氧化层,是污染物远离了电 子活性的硅表面。也就是说污 染物被禁锢在二氧化硅 膜中,从而减小了污染 物对器件的影响 7.1.2掺杂阻挡层 器件制造过程中的掺杂是定域(有选择的 区域)掺杂,那么不需要 掺杂的区域就必须进彳 保护而不被掺杂。如图
进入或落在硅片表面，在氧化过程中， 污染 物在表面形成新的氧化层，是污染物远离了电 子活性的硅表面。也就是说污 染物被禁锢在二氧化硅 膜中，从而减小了污染 物对器件的影响。 7.1.2 掺杂阻挡层 器件制造过程中的掺杂是定域（有选择的 区域）掺杂，那么不需要 掺杂的区域就必须进行 保护而不被掺杂。如图 所示
■实现掩蔽扩散的条件 二氧化硅的早期硏究主要是作为实现定域扩 散的掩蔽膜作用,如上图所示,在杂质向Si中扩 散的同时,也要向Si02层中扩散,设在Si中的扩 散深度为x,=AD 在SiO层中的扩散深度为xo=AVD 式中:z扩散时间,D。、D分别表示杂质在 Si0和Si中的扩散系数,显然要实现掩蔽扩散的 条件是x0〉x0,即当杂质在硅中的扩散深度达 到x,时杂质在S0中的扩散深度应x0(x 所以, 氧化层厚度
◼ 实现掩蔽扩散的条件 二氧化硅的早期研究主要是作为实现定域扩 散的掩蔽膜作用，如上图所示，在杂质向Si中扩 散的同时，也要向SiO2层中扩散，设在Si中的扩 散深度为 在SiO2层中的扩散深度为 式中： 扩散时间， 、 分别表示杂质在 SiO2和Si中的扩散系数，显然要实现掩蔽扩散的 条件是 ，即当杂质在硅中的扩散深度达 到 时杂质在SiO2中的扩散深度应 所以， 氧化层厚度 x A Dt j = x A D t j0 0 0 = t D0 D 0 j0 x x j x 0 0 x x j D D A A x x x x j j j 0 0 0 0 = 0 x