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热氧化工艺
(Thermal Oxidation)
《微电子制造科学原理与工程技术》第4章 热氧化
(电子讲稿中出现的图号是该书中的图号)
硅的热氧化工艺(Thermal Oxidation)
■ 二氧化硅的性质和用途
■ 热氧化原理(Deal-Grove 模型)
■ 热氧化工艺（措施）和系统
■ 热氧化工艺的质量检测
参照资料：
分子数密度： 1022 ／cm3
一、二氧化硅(Si02)的性质和用途
热氧化措施制备的二氧化硅是无定形构造
(硅的密度：～／cm3)
密度：～／cm3
分子量：
(硅的原子量：)
(硅的原子数密度：5 1022 ／cm3)
（一）SiO2的构造
4个O原子位于四面体的顶点，Si位于四面体中心。
桥位O原子与2个Si原子键合；
其他O原子只与1个Si键合
■ 介电强度高：> 10 MV/cm
最小击穿电场(非本征击穿)：由缺陷、杂质引起
最大击穿电场(本征击穿)：由SiO2厚度、导热性、
界面态电荷等决定；
氧化层越薄、氧化温度越低，击穿电场越低
1、二氧化硅的绝缘特性
■ 电阻率高： 1 1014 ·cm ~ 1 1016 ·cm
禁带宽度大： ~ 9 eV
■ 介电常数： (热氧化二氧化硅膜)
（二）SiO2的性质
■ B、P、As 等常见杂质在SiO2中的扩散系数远不不小于其
在Si中的扩散系数。DSi > DSiO2
■ SiO2做掩蔽膜要有足够的厚度：对特定的杂质、扩散
时间、扩散温度等条件，有一最小掩蔽厚度。
某些杂质，如Ga，Na，
O，Cu，Au等，是SiO2
中的迅速扩散杂质。
2、二氧化硅的掩蔽性质
■ 在一定温度下，能和强碱(如NaOH，KOH等)反
应，也有也许被铝、氢等还原。
3、二氧化硅的化学稳定性
■ 二氧化硅是硅的最稳定化合物，属于酸性氧化物，
不溶于水。
■ 耐多种强酸腐蚀，但极易与氢氟酸反应。
（三）二氧化硅在IC中的重要用途
■ 用做杂质选择扩散的掩蔽膜
■ 用做IC的隔离介质和绝缘介质
■ 用做电容器的介质材料
■ 用做MOS器件的绝缘栅材料
SiO2在一种PMOSFET构造中的应用
(剖面示意图)
（四）IC中常见的SiO2生长措施：
热氧化法、淀积法
问题：生长厚度
为Tox的二氧化硅，
估算需要消耗多
少厚度的硅?
二、热氧化原理(Deal-Grove 模型)
（一） 二氧化硅的生长(化学过程)
干氧氧化