(4)热氧化

采用热氧化方法制备的二氧化硅从结构上看是的。

采用热氧化方法制备的二氧化硅从结构上看是（）的。 （A）结晶形态（B）非结晶形态（C）可能是结晶形态的,也可能是非结晶形态的（D）以上都不对 多选题 下列物质中是结晶形态二氧化硅的有（）。 （A）硅土（B）石英（C）磷石英（D）玻璃（E）水晶 判断题 结晶形态二氧化硅是由Si-O四面体在空间规则排列所构成的。( ) 非结晶态二氧化硅的网络疏松,不均匀而且存在孔洞。( ) 结晶与非结晶形态二氧化硅的基本差异在于前者的结构具有周期性,而后者则不具有任何周期性。( ) 二氧化硅性质 单选题 采用热氧化方法制备的二氧化硅从结构上看是（）的。 （A）结晶形态（B）非结晶形态（C）可能是结晶形态的,也可能是非结晶形态的（D）以上都不对 结晶形态和非结晶形态二氧化硅的基本差异在于（）。 （A）前者前者由Si-O四面体组成,而后者则不含Si-O四面体（B）前者的结构具有周期性,而后者则不具有任何周期性（C）前者的密度大,而后者的密度小（D）前者的氧都是桥联氧,而后者的氧不是桥联氧 二氧化硅薄膜的折射率是表征其（）学性质的重要参数。 （A）电（B）磁（C）光（D）热 下列几种氧化方法相比,哪种方法制得的二氧化硅薄膜的电阻率会高些（）。 （A）干氧氧化（B）湿氧氧化（C）水汽氧化（D）与氧化方法无关 判断题 结晶形态二氧化硅是由Si-O四面体在空间规则排列所构成的。( ) 热氧化法制备二氧化硅 单选题 干氧氧化中,氧化炉内的气体压力应（A）一个大气压。 （A）稍高于（B）大大于（C）等于（D）没有要求 干氧氧化法有一些优点,但同时它的缺点有（）。 （A）生长出的二氧化硅中引入很多可动离子（B）氧化的速度慢（C）生长的二氧化硅缺陷多（D）生长的二氧化硅薄膜钝化效果差 多选题 干氧氧化法具备以下一系列的优点（）。 （A）生长的二氧化硅薄膜均匀性好（B）生长的二氧化硅干燥（C）生长的二氧化硅结构致密（D）生长的二氧化硅是很理想的钝化膜（E）生长的二氧化硅掩蔽能力强 判断题 水汽氧化法指的是在高温下,硅与高纯水产生的蒸气反应生成二氧化硅。( ) 湿氧氧化既有干氧氧化的优点,又有水汽氧化的优点,所以其氧化制备的二氧化硅薄膜的质量最好。( ) 湿氧氧化的氧化剂既含有氧,又含有水汽。( ) 二氧化硅生长的机制 单选题

实验 硅热氧化工艺分析

实验硅热氧化工艺 在硅片表面生长一层优质的氧化层对整个半导体集成电路制造过程具有极为重要的意义。它不仅作为离子注入或热扩散的掩蔽层，而且也是保证器件表面不受周围气氛影响的钝化层，它不光是器件与器件之间电学隔离的绝缘层，而且也是MOS工艺以及多层金属化系统中保证电隔离的主要组成部分。因此了解硅氧化层的生长机理，控制并重复生长优质的硅氧化层方法对保证高质量的集成电路可靠性是至关重要的。 在硅片表面形成SiO2的技术有很多种：热氧化生长，热分解淀积（即VCD 法），外延生长，真空蒸发，反应溅射及阳极氧化法等。其中热生长氧化在集成电路工艺中用得最多，其操作简便，且氧化层致密，足以用作为扩散掩蔽层，通过光刻易形成定域扩散图形等其它应用。 一、实验目的 1、掌握热生长SiO2的工艺方法（干氧、湿氧、水汽）。 2、熟悉SiO2层在半导体集成电路制造中的重要作用。 3、了解影响氧化层质量有哪些因素。 4、能建立起厚度d和时间t的函数关系。 5、了解形成SiO2层的几种方法及它们之间的不同之处。 二、实验原理 热生长二氧化硅法是将硅片放在高温炉内，在以水汽、湿氧或干氧作为氧化剂的氧化气氛中，使氧与硅反应来形成一薄层二氧化硅。图1和图2分别给出了干氧和水汽氧化装置的示意图。 图1、干氧氧化装置示意图 图2、水汽氧化装置示意图 将经过严格清洗的硅片表面处于高温的氧化气氛（干氧、湿氧、水汽）中时，由于硅片表面对氧原子具有很高的亲和力，所以硅表面与氧迅速形成SiO2层。

硅的常压干氧和水汽氧化的化学反应式分别为： Si+O 2—→SiO 2 （2—1） Si+2H 2O —→SiO 2+2H 2↑ （2—2） 如果生长的二氧化硅厚度为χ0(μm)，所消耗的硅厚度为χi ，则由定量分析可知： 46.00 == χχαi （2—3） 即生长1μm 的SiO 2，要消耗掉0.46μm 的Si 。由于不同热氧化法所得二氧化硅的密度不同，故α值亦不同。图3示出了硅片氧化前后表面位置的变化。 图3、SiO 2生长对应硅片表面位置的变化 当硅片表面生长一薄层SiO 2以后，它阻挡了O 2或H 2O 直接与硅表面接触，此时氧原子和水分子必须穿过SiO 2薄膜到达Si —SiO 2界面才能与硅继续反应生长SiO 2。显然，随着氧化层厚度的增长，氧原子和水分子穿过氧化膜进一步氧化就越困难，所以氧化膜的增厚率将越来越小。Deal —Grove 的模型描述了硅氧化的动力学过程。他们的模型对氧化温度700℃至1300℃，压强0.2至1个大气压（也许更高些），生长厚度300?至20000?的干氧和湿氧氧化证明是合适的。 通过多种实验已经证明，硅片在热氧化过程中是氧化剂穿透氧化层向Si —SiO 2界面运动并与硅进行反应，而不是硅向外运动到氧化膜的外表面进行反应，其氧化模型如图4所示。氧化剂要到达硅表面并发生反应，必须经历下列三个连续的步骤：

常见的热氧化工艺

二.常见的各种氧化工艺 1. 热氧化工艺 热生长氧化法- 将硅片置于高温下，通以氧化的气氛，使硅表面一薄层的硅转变为二氧化硅的方法。 ①常见的热氧化工艺类别及特点： a 干氧氧化：干氧氧化法- 氧化气氛为干燥、纯净的氧气。氧化膜质量最好，但氧化速度最慢。 b 水汽氧化： 水汽氧化法- 氧化气氛为纯净的水汽。氧化速度最快，但氧化膜质量最差。 c 湿氧氧化： 湿氧氧化法- 氧化气氛为纯净的氧气+纯净的水汽。氧化膜质量和氧化速度均介于干氧氧化和水汽氧化之间。 ②常见的热氧化工艺： a 方法：常采用干氧- 湿氧- 干氧交替氧化法。 b 工艺条件： 温度：高温（常见的为1000C-1200 C）。 时间：一般总氧化时间超过30 分钟。 ② 氧化生长规律： 一般热氧化生长的二氧化硅层厚度与氧化时间符合抛物线规律。原因是：在氧化时存在氧化剂穿透衬底表面已生成的二氧化硅层的事实。 2. 热分解淀积法：（工艺中也常称为低温淀积法或低温氧化法） 热分解淀积法-在分解温度下，利用化合物的分解和重新组合生成二氧化硅，然后将生成的二氧化硅淀积在衬底（可为任何衬底）表面上，形成二氧化硅层的方法。 ①可见的低温氧化工艺类别及特点： a. 含氧硅化物热分解淀积法：多采用烷氧基硅烷进行热分解，分解物中有二氧化硅，在衬底上淀积形成二氧化硅层。 b. 硅烷（不含氧硅化物）热分解氧化淀积法：硅烷热分解析出硅原子，与氧化剂（氧气）作用生成二氧化硅，在衬底上淀积形成二氧化硅层。 ②常见的低温氧化工艺： a. 设备：采用低真空氧化淀积炉。 b. 条件： I含氧硅化物热分解淀积法： 对常用的正硅酸乙酯： T=750 C;真空度为托。 H硅烷热分解氧化淀积法： T>300 C （实际采用420 C ）,淀积时系统中通入氧气，真空度同上。 ③低温氧化生长规律： 低温氧化（热分解淀积）生长的二氧化硅层厚度与氧化时间符合线性规律。原因是：在氧化时是在衬底表面上淀积二氧化硅，不存在氧化剂穿透衬底表面已生成的二氧化硅层的问题。 SiO2 的制备方法： 热氧化法 干氧氧化 水蒸汽氧化

热氧化生长动力学的研究

热氧化生长动力学的研究 摘要在分立器件与集成电路制造过程中，需要很多类型的薄膜，这些薄膜主要分为四类：热氧化薄膜、介质、多晶硅以及金属膜等。半导体可采用多种氧化方法，包括热氧化法、电化学阳极氧化法以及等离子体反应法。对于硅来说，热 的生长原理和影响因氧化法是最重要的。本文主要讲述了在热氧化过程中SIO 2 素。 一引言 在分立器件与集成电路制造过程中，需要很多类型的薄膜，这些薄膜主要分为四类：热氧化薄膜、介质、多晶硅以及金属膜等。半导体可采用多种氧化方法，包括热氧化法、电化学阳极氧化法以及等离子体反应法。对于硅来说，热氧化法是最重要的。在热氧化薄膜中，有两种膜最重要：一种是在漏/源极的导通沟道覆盖的栅极氧化膜（gate oxide）;一种是用来隔离其他器件的场氧化膜（field oxide）。这些膜只有通过热氧化才能获得最低界面陷阱密度的高质量氧化膜。二氧化硅SiO2和氮化硅Si3N4的介电薄膜作用：隔离导电层；作为扩散及离子注入的掩蔽膜；防止薄膜下掺杂物的损失；保护器件使器件免受杂质、水气或刮伤的损害。由于多晶硅电极的可靠性由于铝电极，常用来制作MOS器件的栅极；多晶硅可以作为杂质扩散的浅结接触材料；作为多层金属的导通材料或高电阻值的电阻。金属薄膜有铝或金属硅化物，用来形成具有低电阻值的金属连线、欧姆接触及整流金属-半导体接触势垒器件。 二二氧化硅简介 2.1 SiO2的结构

S iO2 分为结晶形和无定形两类。结晶形 SiO2 由 Si-O 四面体在空间规则排列而成，如水晶；无定形 SiO2 是 Si-O 四面体在空间无规则排列而成，为透明的玻璃体、非晶体，其密度低于前者，如热氧化的 SiO2 、CVD 淀积的 SiO2 等。Si-O 四面体的结构是，4 个氧原子位于四面体的 4 个角上，1 个硅原子位于四面体的中心。每个氧原子为两个相邻四面体所共有。 2.2 SiO2的性质 1）、二氧化硅的绝缘特性 二氧化硅具有电阻率高、禁带宽度大、介电强度高等特点。而且二氧化硅最小击穿电场(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。实验证明二氧化硅氧化层越薄、氧化温度越低，击穿电场越低。 2）、二氧化硅的掩蔽性质 B、P、As 等常见杂质在SiO2中的扩散系数远小于其在Si中的扩散系数。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。 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。在一定温度下，能和强碱(如NaOH，KOH等)反应，也有可能被铝、氢等还原。 2.3二氧化硅在IC中的主要用途 二氧化硅可用做杂质选择扩散的掩蔽膜、IC的隔离介质和绝缘介质、

常用热处理方法

一、退火 将钢件加热到临界温度以上（不同钢号它的临界温度也不同，一般是 710-750℃，个别合金钢到800或900℃），在此温度停留一段时间，然后缓慢冷却的过程叫做退火 退火的目的是： 1、降低硬度，便于切削加工； 2、细化晶粒，均匀组织，以改善钢件毛坯的机械性能，或者为下一步淬火 做好准备； 3、消除内应力 二、正火 将钢件加热到临界温度以上，在此温度停留一段时间，然后放在空气中冷却的过程称为正火。 正火的冷却速度比退火快，加热和保温时间与退火一样。 正火的目的是使低碳和中碳钢件及渗碳机件的组织细化，增加强度与韧性，减少内应力，改善切削性能。 正火实质上是退火的一种特殊形式具有与退火相似的目的所不同的是冷却 速度比退火快，可以缩短生产周期，比较经济。 三、淬火 将钢件加热到临界点以上，保温一段时间，然后在水、盐水或油中（个别材料在空气中）急速冷却的过程叫做淬火。 淬火的目的是提高钢件的硬度和强度。对于工具刚来说，淬火的主要目的是提高它的硬度，以保证刀具的切削性能和冲模工具及量具的耐磨性。对于中碳钢制造的机件来说，淬火是为以后的回火做好结构和性能上的准备，因为高强度和高韧性并不能在淬火后同时得到，而是在回火处理后才得到的。 有很多零件如齿轮、曲轴等，他们在工作时一方面要受磨，另一方面又要受到冲击作用，因此要求零件表面有很高的硬度，而中心有较好的韧性。这时可以利用表面淬火的方法来达到上述要求。 表面淬火是应用将工件的表面迅速加热到淬火温度（这时金属内部的温度仍比较低），随后立即用水喷到工件表面上，进行急速冷却。这样就能获得表面硬、中心韧的要求。 表面加热时，可用氧炔焰、高频电流或中频电流加热。 四、回火 将淬硬的钢件加热到临界点以下的温度，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却下来的过程叫做回火。 回火的目的是消除淬火后的脆性和内应力，调整组织，提高钢件的塑性和冲击韧性。对于工具来说，是为了尽可能减少脆性保留硬度。对于零件来说是为了提高韧性，但不可避免的会使硬度降低。 五、调质 淬火后高温回火，叫做调质。 调质的目的是使钢件获得很高的韧性和足够的强度，使其具有良好的综合机械性能。很多重要零件如主轴、丝杠、齿轮等都是经过调质处理的。 调质一般是在零件机械加工后进行的，也可把锻坯或经过粗加工的光坯调质后再进行机械加工。 六、时效

纯钛不同温度热氧化处理组织与耐蚀性研究

纯钛不同温度热氧化处 理组织与耐蚀性研究 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

学号：05430205 江苏工业学院 毕业论文 （2009届） 题目纯钛不同温度热氧化处理组织与耐蚀性研究 学生倪静 学院材料科学与工程学院专业班级金材052 校内指导教师胡静专业技术职务教授 二○○九年六月

纯钛不同温度热氧化处理组织与耐蚀性研究 摘要：钛及钛合金由于其高的比强度、优异的耐腐蚀性和良好的生物相容性，广泛应用于航空航天、化工、航海、医疗器械、国防领域。但钛及钛合金在一些介质中较差的耐腐蚀性限制了它的应用。热氧化处理是一种简单、环保的工艺，可强化钛合金的表面，改善钛在一些介质中的耐腐蚀性能。 本研究选取了TA2为研究对象，将TA2置于箱式电阻炉中进行温度为500℃、600℃、650℃、700℃、750℃和850℃，时间为210min热氧化。利用光学显微镜（OM）对不同温度热氧化试样表层和截面的组织分析；用扫描电子显微镜（SEM）对不同温度热氧化试样的表层和截面、腐蚀前后进行组织形貌进行分析；利用EDS 分析了微区成分和截面元素分布情况；采用X射线（XRD）对不同温度热氧化试样的表层进行物相分析；利用维氏硬度计对不同温度热氧化试样的表层进行显微硬度分析。最后研究了TA2经不同温度热氧化后在36-38%的HCl和30%的H2O2中的耐腐蚀性。 研究结果表明，600℃以上热氧化在表面形成了TiO2氧化膜，整个氧化渗层由表层TiO2氧化膜和氧扩散层构成，热氧化温度越高，表面形成的TiO2氧化膜越厚，表面硬度越高。热氧化后试样表面硬度随温度升高而提高；耐腐蚀性在一定温度范围内，随温度升高而提高，本研究中，210min、700℃生成的氧化膜的耐腐蚀性最好。 关键词：纯钛；热氧化；氧化层；显微硬度；耐腐蚀性

VOC的蓄热式热氧化处理技术

VOC的蓄热式热氧化处理技术 孙聪聪 652085229008 VOC是利用Tenax GC和Tenax TA采样，非极性色谱柱（极性指数小于10）进行分析，保留时间在正己烷和正十六烷之间的挥发性有机化合物。其主要来源有化工行业、表面涂装行业、合成革行业、橡胶和塑料制品行业、印刷包装行业、纺织印染行业、制鞋行业、化纤行业和电子信息行业。 VOC污染物的种类 根据挥发性有机物的结构可分为八类：1、脂肪类碳氢化合物，如：丁烷、正丁烷；2、芳香类碳氢化合物，如：苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯；3、氯化碳氢化合物，如：二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烷、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、四氯化碳；4、酮、醛、醇、多元醇类，如：丙酮、丁酮、环己酮、甲基异丁基酮、甲醛、乙醛、甲醇、异丙醇、异丁醇；5、醚、酚、环氧类化合物，如：乙醚、甲酚、苯酚、环氧乙烷、环氧丙烷；6、酯、酸类化合物，如：醋酸乙酯、醋酸丁酯、乙酸；7、胺、腈类化合物，如：二甲基甲酰胺、丙烯腈；8、其他，如：氯氟碳化物、氯氟烃、甲基溴。上述VOC中，多数因为有经济价值而可回收，部分因用其他方法，如：燃烧法无法出去，或会造成二次污染，不能达到环保排放要求，而只能加以回收，如：氯乙烯等。 VOC污染物的危害 从化学物质的性质来看，在工业生产等领域，一般用作溶剂的主要包括脂肪族化合物、卤代烃和芳香族化合物等。这些有机溶剂如果挥发到大气环境中，不仅会对大气环境造成严重污染，而且人体呼入被污染的气体后，对人体健康产生危害。比如苯，它常常被当作一种溶剂来使用，作为溶剂挥发到大气环境中，不仅可以被人体的皮肤所吸收，而且还可通过呼吸系统进入人体内部，造成慢性或急性中毒，不过人体的大部分中毒均是由于呼入有毒气体造成的[2]。苯类化合物不仅会对人体的中枢神经造成一定的损害，而且还可能造成神经系统的障碍，进入人体后还会危害血液和造血器官，如果情况比较严重，甚至会有出血症状或患上败血症。氧化作用下，苯在生物体内可氧化成苯酚，从而造成肝功能异常，对骨骼的生长发育十分不利，诱发再生障碍性贫血。如果苯蒸汽浓度过高，生物可

实验 硅热氧化工艺

在硅片表面生长一层优质的氧化层对整个半导体集成电路制造过程具有极为重要的意义。它不仅作为离子注入或热扩散的掩蔽层，而且也是保证器件表面不受周围气氛影响的钝化层，它不光是器件与器件之间电学隔离的绝缘层，而且也是MOS 工艺以及多层金属化系统中保证电隔离的主要组成部分。因此了解硅氧化层的生长机理，控制并重复生长优质的硅氧化层方法对保证高质量的集成电路可靠性是至关重要的。 在硅片表面形成SiO2的技术有很多种：热氧化生长，热分解淀积（即VCD 法），外延生长，真空蒸发，反应溅射及阳极氧化法等。其中热生长氧化在集成电路工艺中用得最多，其操作简便，且氧化层致密，足以用作为扩散掩蔽层，通过光刻易形成定域扩散图形等其它应用。 一、 实验目的 1、掌握热生长SiO 2的工艺方法（干氧、湿氧、水汽）。 2、熟悉SiO 2层在半导体集成电路制造中的重要作用。 3、了解影响氧化层质量有哪些因素。 4、能建立起厚度d 和时间t 的函数关系。 5、了解形成SiO 2层的几种方法及它们之间的不同之处。 二、 实验原理 热生长二氧化硅法是将硅片放在高温炉内，在以水汽、湿氧或干氧作为氧化剂的氧化气氛中，使氧与硅反应来形成一薄层二氧化硅。图1和图2分别给出了干氧和水汽氧化装置的示意图。 图1、干氧氧化装置示意图 图2、水汽氧化装置示意图 将经过严格清洗的硅片表面处于高温的氧化气氛（干氧、湿氧、水汽）中时，由于硅片表面对氧原子具有很高的亲和力，所以硅表面与氧迅速形成SiO 2层。硅的常压干氧和水汽氧化的化学反应式分别为： Si+O 2—→SiO 2 （2—1） Si+2H 2O —→SiO 2+2H 2↑ （2—2） 如果生长的二氧化硅厚度为χ0(μm)，所消耗的硅厚度为χi ，则由定量分析可知： 46.00 == χχαi （2—3） 即生长1μm 的SiO 2，要消耗掉μm 的Si 。由于不同热氧化法所得二氧化硅的密度不同，故α值亦不同。图3示出了硅片氧化前后表面位置的变化。

常用热处理方法

常用热处理方法

一、退火 将钢件加热到临界温度以上（不同钢号它的临界温度也不同，一般是 710-750℃，个别合金钢到800或900℃），在此温度停留一段时间，然后缓慢冷却的过程叫做退火 退火的目的是： 1、降低硬度，便于切削加工； 2、细化晶粒，均匀组织，以改善钢件毛坯的机械性能，或者为下一步淬火 做好准备； 3、消除内应力 二、正火 将钢件加热到临界温度以上，在此温度停留一段时间，然后放在空气中冷却的过程称为正火。 正火的冷却速度比退火快，加热和保温时间与退火一样。 正火的目的是使低碳和中碳钢件及渗碳机件的组织细化，增加强度与韧性，减少内应力，改善切削性能。 正火实质上是退火的一种特殊形式具有与退火相似的目的所不同的是冷却速度比退火快，可以缩短生产周期，比较经济。 三、淬火 将钢件加热到临界点以上，保温一段时间，然后在水、盐水或油中（个别材料在空气中）急速冷却的过程叫做淬火。 淬火的目的是提高钢件的硬度和强度。对于工具刚来说，淬火的主要目的是提高它的硬度，以保证刀具的切削性能和冲模工具及量具的耐磨性。对于中碳钢制造的机件来说，淬火是为以后的回火做好结构和性能上的准备，因为高强度和高韧性并不能在淬火后同时得到，而是在回火处理后才得到的。 有很多零件如齿轮、曲轴等，他们在工作时一方面要受磨，另一方面又要受到冲击作用，因此要求零件表面有很高的硬度，而中心有较好的韧性。这时可以利用表面淬火的方法来达到上述要求。 表面淬火是应用将工件的表面迅速加热到淬火温度（这时金属内部的温度仍比较低），随后立即用水喷到工件表面上，进行急速冷却。这样就能获得表面硬、中心韧的要求。 表面加热时，可用氧炔焰、高频电流或中频电流加热。 四、回火 将淬硬的钢件加热到临界点以下的温度，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却下来的过程叫做回火。 回火的目的是消除淬火后的脆性和内应力，调整组织，提高钢件的塑性和冲击韧性。对于工具来说，是为了尽可能减少脆性保留硬度。对于零件来说是为了提高韧性，但不可避免的会使硬度降低。 五、调质 淬火后高温回火，叫做调质。 调质的目的是使钢件获得很高的韧性和足够的强度，使其具有良好的综合机械性能。很多重要零件如主轴、丝杠、齿轮等都是经过调质处理的。 调质一般是在零件机械加工后进行的，也可把锻坯或经过粗加工的光坯调质后再进行机械加工。 六、时效

低温热氧化处理温度与时间对氧化钒薄膜性能的影响

低温热氧化处理温度与时间对氧化钒薄膜性能的影响* 梁继然,胡 明,刘志刚 (天津大学电子信息工程学院电子科学与技术系,天津300072) 摘 要: 采用直流对靶磁控溅射氧化钒薄膜再附加热氧化处理的方式进行金属 半导体相变特性氧化钒薄膜的制备,研究了低热处理温度下热处理温度与时间对氧化钒薄膜组分、晶体结构和相变性能的影响。新制备的氧化钒薄膜为V2O3和VO的混合相。经300 /1h热处理后,薄膜内出现单斜结构VO2,薄膜具有相变特性;保持热处理时间不变,升高热处理温度至360 ,薄膜表面变得致密,致密的薄膜表面阻碍了氧气与薄膜内部V2O3和VO的反应,VO2成分含量与300 /1h处理时的含量接近;增加热处理温度并延长热处理时间,如热处理条件为320 /3h时,薄膜内VO2成分大量增多,电阻值变化幅度超过两个数量级;在300~360 的热处理温度区间内,薄膜内V2O3和VO不断向VO2转变,相变性能变好,但对VO2的单斜金红石结构没有影响。 关键词: 相变氧化钒薄膜;低温热处理;直流对靶磁控溅射 中图分类号: TG146.4文献标识码:A 文章编号:1001 9731(2009)01 0043 05 1 引 言 钒的氧化物体系物相众多,常见的有VO、V2O3、VO2和V2O5,其中V O2在68 发生金属 半导体相变[1],发生相变时,晶体结构由单斜金红石结构变为四方金红石结构,其光学、电学特性发生可逆突变,这一性能使得以VO2为主的氧化钒薄膜在快速光电开关[2]、智能窗[3]、信息存储[4]以及微测辐射热计[5]等领域都有广泛的应用前景。 具有相变特性氧化钒薄膜的制备方法有很多种,主要包括蒸发法[6]、脉冲激光法[7]、化学气相沉积法[8]、溶胶 凝胶法[9]和磁控溅射法[10]等。其中,磁控溅射法可以制备沉积面积大、均匀性好的氧化物薄膜,在半导体工业中应用前景广阔。磁控溅射法制备具有相变特性氧化钒薄膜的方式有3种:直接制备[11]、低价态氧化钒薄膜(薄膜的总体价态低于V O2中钒的价态)附加热氧化处理制备[12]和高价态氧化钒薄膜(薄膜的价态高于VO2的价态,通常为V2O5)附加热还原处理制备[13]。制备工艺条件对氧化钒薄膜成分与结构的影响很大,直接制备单斜结构VO2薄膜的工艺条件窗口较窄[14],控制难度大;高价态氧化钒薄膜,主要是V2O5,是钒与氧结合的稳定态,热还原处理时,真空中600 时才失去氧,即使在通入还原气氛的条件下,热处理温度也相对较高,与器件制备工艺不易兼容;低价态氧化钒薄膜的制备条件易于控制,同时,低价态氧化钒的热稳定性较差,可以在低于400 的热处理温度下使其结晶、氧化,从而获得单斜结构的VO2薄膜。因此,通过比较这3种方式可以发现,采用低价态氧化钒薄膜附加热氧化处理的制备方式不仅可以降低对制备工艺条件的要求,还可以有效地降低热处理温度,使其制备工艺易于与器件制备工艺兼容。 采用低价态氧化钒薄膜附加热氧化处理的方式进行具有金属-半导体相变特性氧化钒薄膜的制备研究。首先采用直流对靶磁控溅射方法在SiO2基底上制备价态低于+4的低价态氧化钒薄膜,然后在有氧的气氛下进行低温热处理,研究低温条件下热处理温度与时间对低价态氧化钒薄膜的组分、结构及相变性能的影响。 2 实 验 采用(001)单晶硅作为基底,在其表面制备SiO2层,然后再制备氧化钒薄膜。为了便于研究,将镀有氧化钒薄膜的硅片分割成10mm20m m的小片,分别进行热氧化处理。采用标准半导体清洗工艺对单晶硅片进行清洗,采用PECVD 1B型等离子体淀积台在标准条件下进行SiO2薄膜的制备,SiO2层厚度约为80nm。 将表面制备有SiO2层的Si基底放入DPS !型超高真空对靶磁控溅射镀膜设备中制备氧化钒薄膜样品。采用高纯金属钒靶(99.9%)作为溅射源,两个靶垂直对向分布,如文献[15]所示,靶间距离为57mm,钒靶直径为60m m。基底置于对向靶侧面的片架上,片架可旋转。基底到溅射源的距离为60mm,溅射镀膜前预抽真空至2.410-4Pa,然后向真空室内通入纯度为99.9%的氧气和99.9%氩气作为反应气体和工作气体。通过大量实验和结果,低价态氧化钒薄膜的制备条件选为:溅射压强为1.0Pa,氧分压为0.02 *基金项目:天津市自然科学基金面上资助项目(043600811);天津市应用基础及前沿技术研究计划重点资助项目(08JCZDJC17500) 收到初稿日期:2008 06 30收到修改稿日期:2008 10 28 通讯作者:梁继然 作者简介:梁继然 (1978-),男,河北保定人,讲师,主要从事敏感材料与器件的研究。

热氧化法制备SiO2薄膜

东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名徐佳乐班级学号12011421 实验日期2014/9/4 批改教师 课程名称电子信息材料大型实验批改日期 实验名称热氧化法制备SiO2薄膜报告成绩 一、实验目的 1、掌握热氧化法制备SiO2薄膜的基本方法； 2、了解热氧化法制备SiO2薄膜的基本原理。 二、实验原理 在微电子工业中，SiO2薄膜也可采用CVD或者LPCV方法沉积，但热氧化法制备的SiO2薄膜具有结构致密、均匀性和重复性好、电特性最佳 与光刻胶粘附性好等优点，是制备半导体器件关键部分的高质量SiO2薄 膜的常用方法，如MOSFET器件的栅介电氧化层的制备。 下图为热氧化工艺的示意图，其基本原理是氧化气体源从一端炉口通入加热炉内，在900-1200℃的高温下，氧化剂分子向硅晶片内扩散并与 硅晶片表面发生化学反应，生成SiO2薄膜。氧化剂可以为O2（干氧氧化）H2O（湿氧氧化），在相同的氧化温度下，湿氧氧化的速率远大于干氧氧化。 氧化物的生长主要有两个过程决定，一个是氧化剂经由氧化层向硅表面扩散的过程，一个是氧化剂与Si表面的化学反应过程。在SiO2的生长初期，表面反应是限制生长速率的主要因素，热氧化生长的SiO2薄膜的 厚度X由下式确定： X=B/A(t+τ) 此时SiO2薄膜厚度与时间呈线性关系。B/A陈伟线性氧化速率常数，其主 要由表面反应的化学速率确定。t为热氧化时间，τ为一常数。当SiO2厚度变厚，氧化剂必须扩散至Si和SiO2的界面才可反应，故其厚度受限 于扩散速度，SiO2的厚度与时间关系由下式所示： X2=B(t+τ) SiO2厚度与生长时间呈抛物线关系。B为抛物线型氧化速率常数，仅与氧化剂在SiO2中的扩散系数有关。不管是化学反应速率常数还是氧化 剂在SiO2的扩散系数均与温度有关，因此线性氧化速率常数B/A和抛物线型氧化速率常数B均随温度升高指数增长。上面的分析也表明，氧化过

常见的热氧化工艺

二.常见的各种氧化工艺 1.热氧化工艺 热生长氧化法-将硅片置于高温下，通以氧化的气氛，使硅表面一薄层的硅转变为二氧化硅的方法。 ①常见的热氧化工艺类别及特点： a 干氧氧化： 干氧氧化法-氧化气氛为干燥、纯净的氧气。氧化膜质量最好，但氧化速度最慢。 b水汽氧化： 水汽氧化法-氧化气氛为纯净的水汽。氧化速度最快，但氧化膜质量最差。 c湿氧氧化： 湿氧氧化法-氧化气氛为纯净的氧气+纯净的水汽。氧化膜质量和氧化速度均介于干氧氧化和水汽氧化之间。 ②常见的热氧化工艺： a方法：常采用干氧-湿氧-干氧交替氧化法。 b工艺条件： 温度：高温（常见的为1000℃-1200℃）。 时间：一般总氧化时间超过30分钟。 ②氧化生长规律： 一般热氧化生长的二氧化硅层厚度与氧化时间符合抛物线规律。原因是：在氧化时存在氧化剂穿透衬底表面已生成的二氧化硅层的事实。 2.热分解淀积法：（工艺中也常称为低温淀积法或低温氧化法） 热分解淀积法-在分解温度下，利用化合物的分解和重新组合生成二氧化硅，然后将生成的二氧化硅淀积在衬底（可为任何衬底）表面上，形成二氧化硅层的方法。 ①可见的低温氧化工艺类别及特点： a.含氧硅化物热分解淀积法： 多采用烷氧基硅烷进行热分解，分解物中有二氧化硅，在衬底上淀积形成二氧化硅层。b.硅烷（不含氧硅化物）热分解氧化淀积法： 硅烷热分解析出硅原子，与氧化剂（氧气）作用生成二氧化硅，在衬底上淀积形成二氧化硅层。 ②常见的低温氧化工艺： a.设备：采用低真空氧化淀积炉。 b.条件： Ⅰ含氧硅化物热分解淀积法： 对常用的正硅酸乙酯： T=750℃；真空度为托。 Ⅱ硅烷热分解氧化淀积法： T>300 ℃（实际采用420 ℃），淀积时系统中通入氧气，真空度同上。 ③低温氧化生长规律： 低温氧化（热分解淀积）生长的二氧化硅层厚度与氧化时间符合线性规律。原因是：在氧化时是在衬底表面上淀积二氧化硅，不存在氧化剂穿透衬底表面已生成的二氧化硅层的问题。 SiO2的制备方法： 热氧化法

实验-硅热氧化工艺

实验-硅热氧化工艺

实验硅热氧化工艺 在硅片表面生长一层优质的氧化层对整个半导体集成电路制造过程具有极为重要的意义。它不仅作为离子注入或热扩散的掩蔽层，而且也是保证器件表面不受周围气氛影响的钝化层，它不光是器件与器件之间电学隔离的绝缘层，而且也是MOS工艺以及多层金属化系统中保证电隔离的主要组成部分。因此了解硅氧化层的生长机理，控制并重复生长优质的硅氧化层方法对保证高质量的集成电路可靠性是至关重要的。 在硅片表面形成SiO2的技术有很多种：热氧化生长，热分解淀积（即VCD 法），外延生长，真空蒸发，反应溅射及阳极氧化法等。其中热生长氧化在集成电路工艺中用得最多，其操作简便，且氧化层致密，足以用作为扩散掩蔽层，通过光刻易形成定域扩散图形等其它应用。 一、实验目的 1、掌握热生长SiO2的工艺方法（干氧、湿氧、水汽）。 2、熟悉SiO2层在半导体集成电路制造中的重要作用。 3、了解影响氧化层质量有哪些因素。 4、能建立起厚度d和时间t的函数关系。 5、了解形成SiO2层的几种方法及它们之间的不同之处。 二、实验原理 热生长二氧化硅法是将硅片放在高温炉内，在以水汽、湿氧或干氧作为氧化剂的氧化气氛中，使氧与硅反应来形成一薄层二氧化硅。图1和图2分别给出了干氧和水汽氧化装置的示意图。 图1、干氧氧化装置示意图 图2、水汽氧化装置示意图 将经过严格清洗的硅片表面处于高温的氧化气氛（干氧、湿氧、水汽）中时，由于硅片表面对氧原子具有很高的亲和力，所以硅表面与氧迅速形成SiO2

层。硅的常压干氧和水汽氧化的化学反应式分别为： Si+O 2—→SiO 2 （2—1） Si+2H 2O —→SiO 2+2H 2↑ （2—2） 如果生长的二氧化硅厚度为χ0(μm)，所消耗的硅厚度为χi ，则由定量分析可知： 46.00==χχαi （2—3） 即生长1μm 的SiO 2，要消耗掉0.46μm 的Si 。由于不同热氧化法所得二氧化硅的密度不同，故α值亦不同。图3示出了硅片氧化前后表面位置的变化。 图3、SiO 2生长对应硅片表面位置的变化 当硅片表面生长一薄层SiO 2以后，它阻挡了O 2或H 2O 直接与硅表面接触，此时氧原子和水分子必须穿过SiO 2薄膜到达Si —SiO 2界面才能与硅继续反应生长SiO 2。显然，随着氧化层厚度的增长，氧原子和水分子穿过氧化膜进一步氧化就越困难，所以氧化膜的增厚率将越来越小。Deal —Grove 的模型描述了硅氧化的动力学过程。他们的模型对氧化温度700℃至1300℃，压强0.2至1个大气压（也许更高些），生长厚度300?至20000?的干氧和湿氧氧化证明是合适的。 通过多种实验已经证明，硅片在热氧化过程中是氧化剂穿透氧化层向Si —SiO 2界面运动并与硅进行反应，而不是硅向外运动到氧化膜的外表面进行反应，其氧化模型如图4所示。氧化剂要到达硅表面并发生反应，必须经历下列三个连续的步骤：