硅工艺第2章-氧化习题参考答案课件.ppt

1、1主要公式主要公式kTEDDSiOexp02(2.5)E为杂质在为杂质在 SiO2 中的扩散激中的扩散激活能；活能；D0为表观扩散系数。为表观扩散系数。tDxSiO26.4min(2.8)xmin对应用作掩蔽的对应用作掩蔽的 SiO2 层层的最小厚度；的最小厚度；t为杂质在硅中为杂质在硅中达到扩散深度所需时间达到扩散深度所需时间.x=0.44 x0氧化层厚度氧化层厚度 x0 与消耗掉的与消耗掉的硅厚度硅厚度 x 的关系的关系(2.11a)2x02+Ax0=B（t+）(2.28)SiO2的生长厚度与时间的关的生长厚度与时间的关系式系式)/1/1(22hkDAsSiO1*22NCDBSiOBAxx

2、ii2(2.29)(2.30)(2.31)14/1220BAtAx(2.32)线性氧化规律线性氧化规律)(0tABx(2.33)1*NChkhkABss(2.34)抛物型氧化规律抛物型氧化规律x02=B(t+)(2.35)3习题参考答案习题参考答案1.计算在计算在120分钟内，分钟内，920水汽氧化过程中生长的水汽氧化过程中生长的二氧化硅层的厚度。假定硅片在初始状态时已有二氧化硅层的厚度。假定硅片在初始状态时已有1000的氧化层，参数从下表中查找。的氧化层，参数从下表中查找。硅的氧化系数硅的氧化系数4按照表中数据，在按照表中数据，在920 下，下，A=0.5um，B=0.203um2/h，将值

3、代入式（，将值代入式（2.31）得）得hhmmmmmBAxxii295.0/203.01.05.01.01.022由式（由式（2.32）得）得mBAtAx48.014/122052.在某个在某个双极工艺双极工艺中，为了隔离晶体管，需要生长中，为了隔离晶体管，需要生长1m厚度厚度的场氧化层。由于考虑到杂质扩散和堆垛层错的形成，的场氧化层。由于考虑到杂质扩散和堆垛层错的形成，氧化必须在氧化必须在1050下进行。如果工艺是在一个大气压下下进行。如果工艺是在一个大气压下的的湿氧湿氧气氛中进行，计算所需的氧化时间。假定抛物型气氛中进行，计算所需的氧化时间。假定抛物型氧化速率系数与氧化气压成正比，分别计算

4、在氧化速率系数与氧化气压成正比，分别计算在5个和个和20个个大气压下，氧化所需的时间。大气压下，氧化所需的时间。抛物速率常数表示为抛物速率常数表示为)/exp(11kTECB)/exp(/22kTECAB线性速率常数表示为线性速率常数表示为6表中列出了（表中列出了（111）硅在总压强为）硅在总压强为1大气压下氧化动力学的速大气压下氧化动力学的速率常数的参量，对于（率常数的参量，对于（100）硅，相应值中所有）硅，相应值中所有C2值除以值除以1.68气氛气氛BB/A干氧干氧C1=7.72*102um2h-1C2=6.23*106um2h-1E1=1.23eVE2=2.0eV湿氧湿氧C1=2.14

5、*102um2h-1C2=8.95*107um2h-1E1=0.71eVE2=2.05eV水汽水汽C1=3.86*102um2h-1C2=1.63*108um2h-1E1=0.78eVE2=2.05eV7一个大气压，一个大气压，T=（1050+273）K，k=1.38*10-23,kT=0.114eV)/(4223.0)114.0/71.0exp(1014.222hmB)/(3872.1)114.0/05.2exp(1095.8/7hmAB因因 x02+Ax0=B（t+）)(0889.33872.114223.01/020hABxBxt故ggpABpB,)(6187.05/)5(httatm)

6、(1544.020/)20(httatm83.局部氧化是一种广泛用来提供局部氧化是一种广泛用来提供IC芯片中器件之间横向隔离芯片中器件之间横向隔离的工艺。在某些情况下，希望得到隔离具有比标准的工艺。在某些情况下，希望得到隔离具有比标准LOCOS提供的更为平坦的表面，所以在氧化工序前使用提供的更为平坦的表面，所以在氧化工序前使用了硅刻蚀工艺，如图所示。对左边所示的结构，在氧化前了硅刻蚀工艺，如图所示。对左边所示的结构，在氧化前刻去刻去0.5um厚的硅，在厚的硅，在1000H2O气氛中硅片必须氧化多气氛中硅片必须氧化多长时间以便提供右图所示的等平面氧化硅？长时间以便提供右图所示的等平面氧化硅？0.

7、5umSi3N4SiO2(100)Si LOCOS 氧化层氧化层Si3N4SiO2(100)Si 9n在热氧化期间生长在热氧化期间生长1um的的SiO2消耗消耗0.44um的硅。因此，填的硅。因此，填满刻蚀槽中的生长氧化硅将消耗一额外厚度的硅，我们需满刻蚀槽中的生长氧化硅将消耗一额外厚度的硅，我们需要生长要生长SiO2的总厚度由下式给出：的总厚度由下式给出：Si3N4SiO2(100)Si 0.5umymyyy39.05.044.0n所以，我们需要生长总厚度为所以，我们需要生长总厚度为0.89um的的SiO2。在。在1000 H2O气氛中，气氛中，kT=0.1098eV，有：，有：12232.

8、0)78.0exp(1086.3hmkTeVB1876.0)05.2exp(68.11063.1mhkTeVABhABxBxt65.376.089.032.0)89.0(/2020104.将一硅片氧化（将一硅片氧化（x0=200nm），然后使用标准的光刻和刻），然后使用标准的光刻和刻蚀工艺技术去掉中心部位的蚀工艺技术去掉中心部位的SiO2，接着使用，接着使用N+掺杂工序掺杂工序形成如下图所示的结构。下一步将此结构放在氧化炉中形成如下图所示的结构。下一步将此结构放在氧化炉中在在900下下H2O中氧化中氧化。氧化硅在。氧化硅在N+区上生长要比在轻掺区上生长要比在轻掺杂的衬底中快得多。假设杂的衬底中

9、快得多。假设B/A在在N+区增加到区增加到4X。在。在N+区区上生长着的氧化硅厚度会不会赶上其他氧化硅厚度呢？上生长着的氧化硅厚度会不会赶上其他氧化硅厚度呢？如果会，何时赶上，赶上时的厚度是多少？请使用如果会，何时赶上，赶上时的厚度是多少？请使用D-G氧化动力学模型。氧化动力学模型。PN+0.2um11T=（900+273）K，k=1.38*10-23,kT=0.1012eV)/(1735.0)1012.0/78.0exp(1086.322hmB在非在非N+区区在在N+区区)/(2598.0)1012.0/05.2exp(1063.1/8hmAB)/(0394.1/*4)/(hmABABNhh

10、BAxxii10004.12598.02.01735.02.02.02mA6678.0mAN1669.0)(12PN+0.2um原衬底面原衬底面？x1x22.0)2.0(56.056.012xx根据上图有根据上图有16426.0113339.014/1221tBAtAx10401.010835.01)4/(12)(22tBAtAxNN13ABxBxt/02004.117.0126.017.0222121xxxx157.012 xxht7182.12umx4059.12umx2489.11145.在硅片中刻蚀出在硅片中刻蚀出1um宽的槽，槽的侧面都是（宽的槽，槽的侧面都是（110）平面。）平面。

11、进行斜角注入，对侧墙掺杂进行斜角注入，对侧墙掺杂N+，所以线性速率增加到，所以线性速率增加到4倍。倍。然后将结构在然后将结构在1100下的水汽下的水汽中氧化。在氧化过程中什么中氧化。在氧化过程中什么时 候 槽 被时 候 槽 被 S i O2填 满？假 设 氧 化 系 数 比 近 似 为填 满？假 设 氧 化 系 数 比 近 似 为(111:110:100)=(1.68:1.2:1.0).1um（110）侧墙）侧墙（100）衬底）衬底N+15T=（1100+273）K，k=1.38*10-23,kT=0.1184eV)/(5315.0)1184.0/78.0exp(1086.322hmB在非在非

12、N+区区(111)在在N+区区(110)/(5205.3/*68.12.1/)111()110(hmABAB)/(082.14/*4)/()110(hmABABN在非在非N+区区(110)/(9287.4)1184.0/05.2exp(1063.1/8hmAB16 1um（110）侧墙）侧墙（100）衬底）衬底N+x2x1ABxBxt/0201453.05.353.0222121xxxx156.056.012xxht6621.1umx9198.02umx8659.01176.简述常规热氧化法制备二氧化硅介质薄膜的动力学过程。简述常规热氧化法制备二氧化硅介质薄膜的动力学过程。答：硅片在含有氧化剂

13、的高温热氧化过程中，答：硅片在含有氧化剂的高温热氧化过程中，氧化剂穿透初氧化剂穿透初始氧化层向二氧化硅始氧化层向二氧化硅-硅的界面运动并与硅发生反应硅的界面运动并与硅发生反应，其，其介质薄膜生长的动力学过程如下：介质薄膜生长的动力学过程如下：1)氧化剂扩散穿过附面层达到氧化剂扩散穿过附面层达到SiO2 表面，流密度为表面，流密度为F1。2)氧化剂扩散穿过氧化剂扩散穿过SiO2 层达到层达到SiO2-Si界面，流密度为界面，流密度为F2。3)氧化剂在氧化剂在Si 表面与表面与Si 反应生成反应生成SiO2，流密度为，流密度为F3。4)反应的副产物离开界面。反应的副产物离开界面。187.二氧化硅介

14、质薄膜对三价和五价化学元素绝对具有二氧化硅介质薄膜对三价和五价化学元素绝对具有“阻挡阻挡”作用的说法是否正确？为什么？作用的说法是否正确？为什么？答：客观上，给人们的印象是氧化硅介质膜可阻挡三、答：客观上，给人们的印象是氧化硅介质膜可阻挡三、五价化学元素等杂质。准确地讲，并不是这些杂质进不来，五价化学元素等杂质。准确地讲，并不是这些杂质进不来，而是而是在一定温度条件下和一定时间条件内，进来的杂质迁在一定温度条件下和一定时间条件内，进来的杂质迁移速度由于处在网络形成的状态下，十分缓慢或几乎停顿移速度由于处在网络形成的状态下，十分缓慢或几乎停顿下来。下来。因杂质在因杂质在SiO2中的中的扩散速度扩

15、散速度远小于在硅中的扩散速度，远小于在硅中的扩散速度，那么，在那么，在一定厚度一定厚度的的SiO2膜的保护下就能对杂质起到掩蔽膜的保护下就能对杂质起到掩蔽作用，该掩蔽作用是相对的、有条件的。这也是硅晶体管作用，该掩蔽作用是相对的、有条件的。这也是硅晶体管和硅集成电路得以实现选择扩散的重要因素之一。和硅集成电路得以实现选择扩散的重要因素之一。19精品课件精品课件！20精品课件精品课件！218.硅平面工艺中常规高温热氧化工序通常是怎样设置的？科硅平面工艺中常规高温热氧化工序通常是怎样设置的？科学的氧化工序都考虑了哪些因素？学的氧化工序都考虑了哪些因素？答：不同热氧化方法的答：不同热氧化方法的SiO

16、2生长速度、质量不同。生长速度、质量不同。干氧氧化干氧氧化制备制备SiO2膜的速度极慢，但膜的结构致密；膜的速度极慢，但膜的结构致密；水汽水汽氧化氧化制备制备SiO2膜的速度很快，但膜的结构疏松，不可取；膜的速度很快，但膜的结构疏松，不可取；湿氧氧化湿氧氧化制备制备SiO2膜的速度介于前两者之间，膜质量也介膜的速度介于前两者之间，膜质量也介于两者之间。在实际生产中，可根据需要选择干氧氧化、于两者之间。在实际生产中，可根据需要选择干氧氧化、水汽氧化或者湿氧氧化。水汽氧化或者湿氧氧化。常规高温热氧化的工序是常规高温热氧化的工序是干氧干氧(5分钟分钟)-湿氧湿氧(视厚度而视厚度而定定)-干氧干氧(5分钟分钟)的氧化方式，以保证的氧化方式，以保证SiO2表面和表面和Si-SiO2界界面的质量面的质量，同时解决了，同时解决了生长效率生长效率的问题。的问题。