集成電路工藝基之氧化

集成電路工藝基之氧化第1頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月二氧化硅是上帝賜給IC的材料。第2頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月Introduction硅易氧化幾個原子層厚，1nm左右氧化膜化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，絕緣性好SiO2的存在形態(tài)晶體：石英、水晶等石英砂，主要成分為SiO2，為制備硅原料的核心材料非晶體：玻璃等（熱氧化方法制備的SiO2）第3頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月在MOS電路中作為MOS器件的絕緣柵介質(zhì)，作為器件的組成部分作為集成電路的隔離介質(zhì)材料作為電容器的絕緣介質(zhì)材料作為多層金屬互連層之間的介質(zhì)材料作為對器件和電路進行鈍化的鈍化層材料擴散時的掩蔽層，離子注入的(有時與光刻膠、Si3N4層一起使用)阻擋層SiO2的作用SiO2的制備+光刻+擴散硅平面工藝返回第4頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.1SiO2的結(jié)構(gòu)無論是結(jié)晶形還是無定形SiO2，都是以Si為中心，Si-O原子組成的正四面體，其中O－Si－O鍵橋的鍵角為109.5o，是固定的。2.1SiO2的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)第5頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)晶形SiO2的結(jié)構(gòu)結(jié)晶形SiO2是由Si-O四面體在空間規(guī)則排列所構(gòu)成。每個頂角上的氧原子都與相鄰的兩個Si-O四面體中心的硅形成共價鍵，氧原子的化合價也被滿足。第6頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月無定形SiO2的結(jié)構(gòu)AmorphousSiO2中Si-O-Si鍵角為110o~180o橋鍵氧：與兩個相鄰的Si-O四面體中心的硅原子形成共價鍵的氧非橋鍵氧：只與一個Si-O四面體中心的硅原子形成共價鍵的氧非橋鍵氧越多，無定型的程度越大，無序程度越大，密度越小，折射率越小………無定形SiO2的強度：橋鍵氧數(shù)目與非橋鍵氧數(shù)目之比的函數(shù)結(jié)晶態(tài)和無定形態(tài)區(qū)分——非橋聯(lián)氧是否存在第7頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月SiO2結(jié)構(gòu)在制備工藝中的應(yīng)用硅要運動，打破四個O—Si鍵氧要運動，打破兩個O—Si鍵，對非橋鍵氧，只需打破一個O—Si鍵故氧的運動同硅相比更容易，氧的擴散系數(shù)比硅的大幾個數(shù)量級氧化時，是氧或水汽等氧化劑穿過SiO2層，到達Si-

SiO2界面，與硅反應(yīng)，而非硅向外表面運動，在表面與氧化劑反應(yīng)生成SiO2。第8頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2SiO2的主要性質(zhì)（1）密度：表征致密程度結(jié)晶形：2.65g/cm3非結(jié)晶形：2.15~2.25g/cm3折射率：表征光學(xué)性質(zhì)密度較大的SiO2具有較大的折射率波長為5500A左右時，SiO2的折射率約為1.46電阻率：與制備方法及所含雜質(zhì)數(shù)量等因素有關(guān)，高溫干氧氧化制備的電阻率達1016Ω·cm第9頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月介電強度：單位厚度的絕緣材料所能承受的擊穿電壓大小與致密程度、均勻性、雜質(zhì)含量有關(guān)一般為106~107V/cm（10－1~1V/nm）介電常數(shù):表征電容性能SiO2的相對介電常數(shù)為3.9SiO2的主要性質(zhì)（2）第10頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月腐蝕：化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，只與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)還可與強堿緩慢反應(yīng)薄膜應(yīng)力為壓應(yīng)力SiO2的主要性質(zhì)（3）返回第11頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2SiO2的掩蔽作用2.2.1雜質(zhì)在SiO2中的存在形式第12頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月雜質(zhì)在SiO2中的存在形式網(wǎng)絡(luò)形成者：可以替代SiO2網(wǎng)絡(luò)中硅的雜質(zhì)，即能代替Si－O四面體中心的硅、并能與氧形成網(wǎng)絡(luò)的雜質(zhì)特點是離子半徑與Si原子相近或者更小三價網(wǎng)絡(luò)形成者(如B)增加非橋鍵氧數(shù)目，降低SiO2強度五價網(wǎng)絡(luò)形成者(如P)減少非橋鍵氧數(shù)目，增加SiO2強度第13頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月雜質(zhì)在SiO2中的存在形式網(wǎng)絡(luò)改變者：存在于SiO2網(wǎng)絡(luò)間隙中的雜質(zhì)特點：離子半徑大，多以氧化物形式進入SiO2后離化，增加非橋鍵氧濃度，降低SiO2強度，易運動，破壞電路的穩(wěn)定性和可靠性。Na、K、Pb、Ba水汽的行為類似于網(wǎng)絡(luò)改變者第14頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2雜質(zhì)在SiO2中的擴散系數(shù)（1）?E為雜質(zhì)在SiO2中的擴散激活能，Do為表觀擴散系數(shù)選擇擴散（在集成電路中的重要應(yīng)用）在相同的條件下，一些雜質(zhì)在SiO2中的擴散速度遠小于在硅中的擴散速度，即SiO2對某些雜質(zhì)起掩蔽作用。掩蔽是相對的，雜質(zhì)在SiO2的擴散系數(shù)：第15頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月雜質(zhì)在SiO2中的擴散系數(shù)（2）雜質(zhì)在SiO2中的擴散系數(shù)B、P、As等常用雜質(zhì)的擴散系數(shù)小，SiO2對這類雜質(zhì)可以起掩蔽作用Ga、某些堿金屬（Na）的擴散系數(shù)大，SiO2對這類雜質(zhì)就起不到掩蔽作用Na離子在SiO2中的擴散系數(shù)和遷移率都非常大Na離子來源非常豐富Na離子玷污是造成雙極器件和MOS器件性能不穩(wěn)定的重要原因之一第16頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.3掩蔽層厚度的確定（1）有效掩蔽條件雜質(zhì)的SiO2有一定厚度摻雜雜質(zhì)B、P、As等常用雜質(zhì)在SiO2中的擴散系數(shù)遠小于在硅中的擴散系數(shù)B、P、As的雜質(zhì)源制備容易、純度高，操作方便第17頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月掩蔽層厚度的確定（2）掩蔽層厚度的確定雜質(zhì)在SiO2表面的濃度為在Si-SiO2界面濃度的1000倍時的SiO2的厚度為最小厚度對恒定源(余誤差），濃度為C(x)所對應(yīng)的深度表達式為：對有限源（高斯分布），A隨時間變化其中：得到：第18頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2.5各種溫度下能掩蔽磷和硼所需SiO2厚度與雜質(zhì)在硅中達到擴散深度所需時間的關(guān)系第19頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月SiO2掩蔽P的擴散過程返回第20頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3硅的熱氧化生長動力學(xué)CVD（化學(xué)氣相淀積）PVD（物理氣相淀積）熱氧化：硅與氧或水汽等氧化劑，在高溫下經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成SiO2——有什么特點？？熱氧化生成的SiO2掩蔽能力最強質(zhì)量最好，重復(fù)性和穩(wěn)定性好降低表面懸掛鍵從而使表面態(tài)密度減小，且能很好的控制界面陷阱和固定電荷2.3.1硅的熱氧化第21頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月每生長一單位厚度的SiO2，將消耗約0.44單位厚度的硅（臺階覆蓋性）SiO2中所含Si的原子密度CSiO2=2.2×1022/cm3Si晶體中的原子密度CSi=5.0×1022/cm3硅的熱氧化生長（1）第22頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月厚度為，面積為一平方厘米的SiO2體內(nèi)所含的Si原子數(shù)為，而這個數(shù)值應(yīng)該與轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO2中的硅原子數(shù)相等，即得到：硅的熱氧化生長（2）第23頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月熱氧化法干氧氧化水汽氧化濕氧氧化氫氧合成氧化（LSI和VLSI的理想氧化技術(shù)）摻氯氧化（為減小SiO2中的Na+玷污）第24頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月干氧氧化干氧氧化氧化劑：干燥氧氣反應(yīng)溫度：900~1200℃干氧氧化制備的SiO2的特點結(jié)構(gòu)致密、干燥、均勻性和重復(fù)性好與光刻膠粘附性好，掩蔽能力強。生長速度非常慢干氧氧化的應(yīng)用MOS晶體管的柵氧化層第25頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月干氧氧化第26頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月Si表面無SiO2，則氧化劑與Si反應(yīng)，生成SiO2，生長速率由表面化學(xué)反應(yīng)的快慢決定。生成一定厚度的SiO2層，氧化劑必須以擴散方式運動到Si-SiO2界面，再與硅反應(yīng)生成SiO2，即生長速率為擴散控制。干氧氧化時，厚度超過40?濕氧氧化時，厚度超過1000?則生長過程由表面化學(xué)反應(yīng)控制轉(zhuǎn)為擴散控制第27頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月水汽氧化第28頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月濕氧氧化反應(yīng)條件氧化劑：高純水（95℃左右）+氧氣特點：生長速率較高SiO2結(jié)構(gòu)略粗糙第29頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月進行干氧和濕氧氧化的氧化爐示意圖第30頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月熱氧化法三種氧化法比較干氧氧化結(jié)構(gòu)致密但氧化速率極低濕氧氧化氧化速率高但結(jié)構(gòu)略粗糙，制備厚二氧化硅薄膜水汽氧化結(jié)構(gòu)粗糙---不可取實際生產(chǎn)：干氧氧化+濕氧氧化+干氧氧化5分鐘+（視厚度而定）+5分鐘常規(guī)三步熱氧化模式既保證了SiO2表面和界面的質(zhì)量，又解決了生長速率問題第31頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2熱氧化生長動力學(xué)（1）生長過程：第32頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月D-G模型的使用范圍D-G模型對溫度在700-1300℃范圍內(nèi)，壓力從2×104Pa到1.01×105Pa，氧化層厚度在300-20000A之間的氧氣氧化和水汽氧化都是適用的。薄氧化層的生長模型？第33頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月菲克第一定律根據(jù)穩(wěn)態(tài)條件：hg是質(zhì)量輸運系數(shù)ks為氧化劑與Si反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)常數(shù)熱氧化生長動力學(xué)（2）第34頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)氧化劑在SiO2中的擴散系數(shù)DSiO2

﹤﹤

ksxo則Ci~0，Co

~

C*，氧化為擴散控制當(dāng)氧化劑在SiO2中的擴散系數(shù)DSiO2很大，則Ci=Co=

C*/（1+ks/h），氧化為反應(yīng)控制熱氧化生長動力學(xué)（3）第35頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月SiO2不斷生長，界面處的Si也就不斷轉(zhuǎn)化為SiO2中的成份，因此表面處的流密度：熱氧化生長速率（1）其中：N1為每生長一個單位體積SiO2所需要氧化劑的分子個數(shù)。在氧化膜中有2.2×1022個SiO2分子/cm3，在進行氧化時，要獲得一個SiO2分子，在干氧環(huán)境中需要一個氧分子，在水汽環(huán)境中需要兩個水分子）第36頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月熱氧化生長速率（2）解關(guān)系式（6）得：微分方程（5）的解給出了SiO2的生長厚度與時間的普遍關(guān)系式（6）：（6）其中：第37頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月SiO2生長快慢將由氧化劑在SiO2中的擴散速度以及與Si反應(yīng)速度中較慢的一個因素所決定：當(dāng)氧化時間很長(Thickoxide)，即t>>τ和t>>A2/4B時，則SiO2的厚度和時間的關(guān)系簡化為：（拋物型規(guī)律，擴散控制）熱氧化生長速率（3）第38頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)氧化時間很短(thinoxide)，即（t+τ）<<A2/4B時，則SiO2的厚度和時間的關(guān)系簡化為

（線性規(guī)律，反應(yīng)控制）B/A為線性速率常數(shù)；B為拋物型速率常數(shù)熱氧化生長速率（4）返回第39頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4決定氧化速率常數(shù)的因素氧化劑分壓氧化溫度第40頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月氧化劑分壓pg通過C*對B產(chǎn)生影響，B與pg成正比關(guān)系出現(xiàn)高壓氧化和低壓氧化來控制氧化速率決定氧化速率常數(shù)的因素（1）第41頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月決定氧化速率常數(shù)的因素（2）氧化溫度溫度對拋物型速率常數(shù)B的影響是通過影響氧化劑在SiO2中的擴散系數(shù)DSiO2

產(chǎn)生的溫度對線性速率常數(shù)B/A的影響是通過影響化學(xué)反應(yīng)常數(shù)ks產(chǎn)生的第42頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度對B及B/A的影響圖2.13溫度對B的影響圖2.14溫度對B/A的影響第43頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月影響氧化速率的因素硅表面晶向雜質(zhì)第44頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月影響氧化速率的因素（1）硅表面晶向?qū)ρ趸俾实挠绊懢€性速率常數(shù)B/A受硅的晶向影響表達式：不同晶向所對應(yīng)的晶面硅原子的密度不同，表面化學(xué)反應(yīng)速率（ks)是與硅表面的原子密度，即表面的價鍵密度有關(guān)(111)面上的硅原子密度比(100)面上大，因此，(111)面上的線性速率常數(shù)大于(100)面上的線性速率常數(shù)第45頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月影響氧化速率的因素（1）硅表面晶向?qū)ρ趸俾实挠绊憭佄镄退俾食?shù)B與硅的晶向無關(guān)B的關(guān)系式氧化劑壓力pg一定時，B的大小只與氧化劑在SiO2中的擴散能力有關(guān)參考P37表2-1水汽壓力為85KPa時的氧化速率常數(shù)圖2.15氧化層厚度與氧化時間的關(guān)系第46頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月影響氧化速率的因素（2）雜質(zhì)對氧化速度的影響摻有高濃度雜質(zhì)的硅，其氧化速率明顯變大B增大拋物型速率常數(shù)，對線性速率常數(shù)無明顯影響m<1,慢擴散增加SiO2非橋鍵氧的數(shù)目，降低SiO2強度，因此增大拋物型速率常數(shù)。P線性氧化速率常數(shù)明顯增大m>1,慢擴散，分凝到SiO2中的雜質(zhì)量少，對拋物型速率常數(shù)影響不大，因大部分雜質(zhì)集中在靠近硅表面的硅中，因而使線性氧化速率常數(shù)明顯變大。第47頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月雜質(zhì)對氧化速度的影響水汽（極少量的水汽就會極大增大氧化速率）水汽含量<1×10-6時，氧化700分鐘，SiO2約為300?水汽含量25×10-6時，氧化700分鐘，SiO2約為370?鈉以氧化物形式進入，離化后增加非橋鍵氧數(shù)，線性和拋物型氧化速率明顯增大影響氧化速率的因素（2）第48頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月雜質(zhì)對氧化速度的影響氯（O2＋TCA/HCL/TCE）鈍化可動離子，尤其是鈉離子，生成可揮發(fā)的金屬氯化物改善Si-SiO2界面特性——氯進入Si-SiO2界面，界面態(tài)密度減小，表面固定電荷密度減小提高氧化速率10～15％抑制層錯TCA（三氯乙烷）在高溫下形成光氣（COCl2），是一種劇毒物質(zhì)；TCE（三氯乙烯）可能致癌；HCL腐蝕性極強影響氧化速率的因素（2）返回第49頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5熱氧化過程中的雜質(zhì)再分布（1）分凝系數(shù)定義：摻有雜質(zhì)的硅在熱氧化過程中，在Si-SiO2界面上的平衡雜質(zhì)濃度之比公式：常用雜質(zhì)的分凝系數(shù)P、As約為10B0.1-12.5.1雜質(zhì)的再分布第50頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)m

<1，在SiO2中是慢擴散的雜質(zhì)，即在分凝過程中雜質(zhì)通過SiO2表面損失的很少，再分布之后靠近界面處的SiO2中雜質(zhì)濃度比硅中高。硅表面附近的濃度下降。（中性和氧化氣氛中的B）當(dāng)m

<1，在SiO2中是快擴散的雜質(zhì)，分凝過程中雜質(zhì)通過SiO2表面損失的厲害，使SiO2中雜質(zhì)濃度比較低，硅表面的雜質(zhì)濃度幾乎降到零。（H2氣氛中的B）熱氧化過程中的雜質(zhì)再分布（2）氧化層提取雜質(zhì)（m<1)第51頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)m

>1，在SiO2中是慢擴散的雜質(zhì)，再分布之后硅表面的濃度升高。（P、As）當(dāng)m

>1，在SiO2中是快擴散的雜質(zhì)，分凝過程中雜質(zhì)通過SiO2表面損失的厲害，最終使硅表面附近的雜質(zhì)濃度比體內(nèi)還要低。（Ga）熱氧化過程中的雜質(zhì)再分布（3）氧化層排出雜質(zhì)（m>1)第52頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月M=1，而且也沒有雜質(zhì)從SiO2表面逸散的情況？Si表面雜質(zhì)濃度同樣降低。這是因為一個體積的Si氧化之后變成兩個體積的SiO2而界面兩邊具有相等的雜質(zhì)濃度，故雜質(zhì)必定從高濃度硅中向低濃度SiO2中擴散。即硅中消耗雜質(zhì)，以補償SiO2體積增加所需要的雜質(zhì)熱氧化過程中的雜質(zhì)再分布（4）第53頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月磷

m=10在相同溫度下，快速的水汽氧化比慢速的干氧氧化所引起的再分布程度增大，即水汽氧化Cs/CB值比干氧氧化大在同一氧化氣氛中，溫度越高，磷向硅內(nèi)擴散速度就越快，減小了在表面的堆積。即Cs/CB下降。2.5.2再分布對硅表面雜質(zhì)濃度的影響（1）第54頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月硼m=0.3在相同溫度下，快速的水汽氧化比慢速的干氧氧化所引起的再分布程度增大，即水汽氧化Cs/CB值比干氧氧化小在同一氧化氣氛中，Cs/CB隨溫度的升高而變大。因為溫度升高擴散速度升高，從而加快補償硅表面雜質(zhì)的損耗。再分布對硅表面雜質(zhì)濃度的影響（2）第55頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6初始氧化階段以及薄氧化層的生長（1）快速初始氧化階段700℃，干氧氧化第56頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月初始氧化階段的氧化機制機制不清，但有經(jīng)驗公式；實際生產(chǎn)時，可以生長出厚度為3nm的高質(zhì)量的柵氧化層猜想模型2.6初始氧化階段以及薄氧化層的生長（2）第57頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月Massoud的實驗結(jié)果：圖2.27硅的（100）晶面干氧氧化速率與氧化層厚度的關(guān)系第58頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6.2薄氧化層的制備1、預(yù)氧化清洗2、工藝與柵氧化硅質(zhì)量的關(guān)系3、用化學(xué)方法改進柵氧化層4、CVD和疊層氧化硅第59頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.7Si-SiO2界面特性Si-SiO2界面電荷類型：可動離子電荷界面陷阱電荷氧化層固定電荷氧化層陷阱電荷Si-SiO2界面不是絕對的斷然的分開，而是存在一個10A左右的過渡層，在過渡層中x的配比在1-2之間，是非理想的。第60頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月可動離子電荷Qm（1）存在形式網(wǎng)絡(luò)改變者(荷正電的堿金屬離子，主要是鈉)主要來源于化學(xué)試劑、玻璃器皿、爐管、石英舟、人體玷污等。危害：在電場作用下顯著漂移，引起MOS晶體管的閾值電壓不穩(wěn)定分布的不均勻性引起局部電場的加速，從而引起MOS晶體管柵極的局部低擊穿。第61頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月預(yù)防措施含氯的氧化工藝用氯周期性的清洗管道、爐管和相關(guān)容器使用超純凈的化學(xué)物質(zhì)保證氣體及氣體傳輸過程的清潔用BPSG和PSG玻璃鈍化可動離子用等離子淀積Si3N4來封閉已經(jīng)完成的器件可動離子電荷Qm（2）第62頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月界面陷阱電荷Qit（1）定義存在于Si-SiO2界面（距硅界面3-5A以內(nèi)），能量處于硅禁帶中的電子態(tài)。類型高于禁帶中心能級的界面態(tài)，可以得到電子，起受主作用低于能帶中間能級的界面態(tài)可以失去電子，起施主作用第63頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月危害：使閾值電壓漂移大量的界面態(tài)電荷會顯著降低晶體管溝道遷移率（金屬化后退火（PMA），減少界面態(tài)）使MOS電容的C-V曲線發(fā)生畸變成為有效的復(fù)合中心，導(dǎo)致漏電流的增加界面態(tài)密度與襯底晶向、氧化層生長條件、和退火條件有關(guān)。(111)晶向界面態(tài)密度最大→(100)晶向低溫惰性氣體退火（90%N2+10%H2），用H2來飽和懸掛鍵，可降低界面態(tài)密度界面陷阱電荷Qit（2）第64頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月解釋界面態(tài)的物理機制懸掛鍵硅原子周期排列中斷，存在懸掛鍵，當(dāng)硅氧化為SiO2時，懸掛鍵大部分與氧結(jié)合，使Si-SiO2界面懸掛鍵密度減小。但仍存在少量的懸掛鍵，這些懸掛鍵上有一個未配對的電子，可以得失電子而表現(xiàn)為界面態(tài)。在過渡區(qū)中，硅原子的氧化狀態(tài)很不相同，沒有完全氧化的硅原子，即所謂的三價硅也是界面態(tài)的主要來源荷電中心存在界面附近的化學(xué)雜質(zhì)界面陷阱電荷Qit（3）第65頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月氧化層固定電荷Qf（1）簡介通常由Si-SiO2之間過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)改變引起一般為正電荷，在外電場的作用下，不會移動機理過剩硅離子模型危害影響閾值電壓（對NMOS、PMOS的影響？）減小溝道載流子遷移率（固定正電荷對載流子的散射）第66頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月特征：固定正電荷密度與氧化層厚度、硅襯底摻雜類型和濃度關(guān)系不大，但與氧化層生長條件關(guān)系密切。不同晶向硅材料的Qf密度有如下關(guān)系Qf（111）>Qf（110）>Qf（100）解決措施：適當(dāng)選擇氧化、退火條件和襯底晶向，降低氧化時氧氣的分壓，采用含氯氧化工藝氧化層固定電荷Qf（2）第67頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月氧化層陷阱電荷Qot（1）氧化層中的缺陷：在SiO2層中，存在一些電子和空穴陷阱，它們與雜質(zhì)和缺陷有關(guān)。危害：嚴重影響器件的可靠性第68頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生方式：由于x射線或γ射線的輻射、或是在氧化層中發(fā)生了雪崩擊穿，將打破Si-O-Si鍵，在SiO2層中產(chǎn)生電子-空穴對，如果氧化層中沒有電場，電子和空穴將復(fù)合掉，不會產(chǎn)生凈電荷，氧化層中存在電場時，由于電子可以在SiO2中移動，可以移動到電極上，而空穴在SiO2中很難移動，