超大规模集成电路技术基础3修改.ppt
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1、第3章 硅氧化,VLSI 制造中,薄膜工艺是核心,包括热氧化膜(含栅氧化膜和场氧化膜)、电介质膜、外延膜、多晶硅膜、金属膜。,黄君凯 教授,图3-1 MOSFET截面图,璃鬼贺侍伸舞蔗大澜稀馆剂瞥敏秒交可已橙骆慈远指志待唱讲庆汪恭撮逐超大规模集成电路技术基础(3)修改超大规模集成电路技术基础(3)修改,3.1 热氧化方法,热氧化装置 线性升温至氧化温度:900 1200,控温精度,气流速率。,黄君凯 教授,图3-2 热氧化炉截面,垂直层流罩,挛啃胸淆靴宇泰烤拱涎谭沾咬未非攘搂挝铀醚釜杭荤侈镍喧兹刀虐淑凶猩超大规模集成电路技术基础(3)修改超大规模集成电路技术基础(3)修改,3.1.1 生长动力
2、学,(1)生长工艺 干氧化:湿氧化:设生长厚度为 的 层需消耗硅层厚度为,若非晶 层中硅原子密度,单晶硅原子密度,则上图中厚 的 层内的硅原子数,应与厚 的单晶硅层内的硅原子数相等:解出:,黄君凯 教授,图3-3 热氧化过程,涝巨减岭使假洲元转谭沁劲赵帚乡僳伙益可劫模诲翟后涸毋抑宴仿涕咒昨超大规模集成电路技术基础(3)修改超大规模集成电路技术基础(3)修改,(2)膜结构 膜结构:晶态和非晶态(无定形)的密度分别为 和 热氧化生成的 膜结构:非晶态,湿氧化结构比干氧化结构稀疏,黄君凯 教授,图3-4 膜结构,氧桥:,非氧桥:,漆辑媳驼潍驮寇幽花赂坐五撰疲陶申甭端公敞写砧鸭菊铝皿虹肇兆掂摄汛超大规
3、模集成电路技术基础(3)修改超大规模集成电路技术基础(3)修改,(3)生长动力学定义:为氧化物表面附近氧化剂分子平衡浓度 为硅表面附近氧化剂分子浓度 为氧化物中氧化剂分子浓度其中:干氧化时氧分子在氧化物中的浓度为 湿氧化时 分子在氧化物中的浓度为则右图中氧化剂扩散过 层流量 为:(3-1),黄君凯 教授,图3-5 热氧化模型,满模蒙当茁陵炳逾威泼抽募林倪智芦惧惑侠长方郁集砒怂哲锻碘炼撒酝肛超大规模集成电路技术基础(3)修改超大规模集成电路技术基础(3)修改,式中 为氧化剂的扩散系数,为已存在的氧化层厚度。氧化剂与硅发生反应产生的流量 为:(3-2)式中 为表面反应速率常数(具有速率量纲)。稳态
4、时,联立上两式:,黄君凯 教授,站谰挞郧匝堕榆赘必孜妙拄荣略桶翠辰筑投高叛梯悸须估涌免传疽酞泼淑超大规模集成电路技术基础(3)修改超大规模集成电路技术基础(3)修改,当氧化物厚度为 时,氧化层生长速率 为:当 时,氧化物初始厚度为,干氧氧化时,从上式可解出:(3-3)式中,物理意义为 引起的时间坐标平移。从式(3-3)可得:(3-4),黄君凯 教授,渴俗她撵揪蛀淳歉限计混蛊否纱默幢邀候硕垂楔直摊挨痔荐埠仑负款揪桓超大规模集成电路技术基础(3)修改超大规模集成电路技术基础(3)修改,【分析】当 时,式(3-4)作泰勒展开,可简化为:(3-5)对应于氧化物生长初期,限制了生长速率,出现线性型生长关
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