简答题

简述几种常用的氧化方法及其特点。

正确答案

制备SiO2的方法有很多,热分解淀积、溅射、真空蒸发、阳极氧化法、化学气相淀积、热氧化法等。热生长法制备的SiO2质量好,是集成电路的重要工艺之一。热氧化法:Si与氧或水汽等氧化剂在高温下发生化学反应生成SiO2。热氧化法制备SiO2的特点:具有很高的重复性和化学稳定性,其物理性质和化学性质不太受湿度和中等温度热处理的影响;降低Si表面的悬挂键,使表面态密度减小;很好地控制界面陷阱和固定电荷。(1).干氧氧化在高温下,氧气与硅反应生成SiO2。氧化温度为900-1200℃,为了防止外部气体的玷污,炉内气体压力应比一个大气压稍高些,可通过气体流速来控制。优点:结构致密、干燥、均匀性和重复性好,掩蔽能力强,与光刻胶黏附好,目前制备高质量的SiO2薄膜基本上都是采用这种方法。缺点:干氧氧化法的生长速率慢,所以经常同湿氧氧化方法相结合生长SiO2。(2).水汽氧化在高温下,硅与高纯水产生的蒸气反应生成SiO2。产生的H2分子沿Si-SiO2界面或者以扩散方式通过SiO2层―逃离‖。因为水比氧气在SiO2中有更高的扩散系数和大得多的溶解度,所以水汽氧化的生长速率一般比较高。(3).湿氧氧化湿氧氧化的氧化剂是通过高纯水的氧气,高纯水一般被加热到95℃左右。通过高纯水的氧气携带一定水蒸气,所以湿氧氧化的氧化剂既含有氧,又含有水汽。因此,SiO2的生长速率介于干氧和水汽氧化之间,与氧气流量、水汽的含量有着密切关系。如果水汽含量很少,SiO2的生长速率和质量就越接近于干氧氧化的情况,反之,就越接近
水汽氧化情况。水汽含量与水温和氧气流量有关。氧气流量越大,水温越高,则水汽含量就越大。氢气和氧气,H2+O2→H2O采用高温合成技术进行水汽氧化,在这种氧化系统中,氧化剂是由纯氢和纯氧直接反应生成的水汽。(4).快速热氧化工艺(RTO)制备深亚微米器件的栅极氧化层,非常薄<30Å在实际生产中,根据要求选择干氧氧化、水汽氧化或湿氧氧化。对于制备较厚的SiO2层来说,往往采用的是干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式。这种氧化方式既保证SiO2表面和Si-SiO2界面质量,又解决了生长效率的问题。

答案解析

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