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
一、 实验目的
1、 掌握热氧化法制备SiO 2薄膜的基本方法；
2、 了解热氧化法制备SiO 2薄膜的基本原理。
二、 实验原理
在微电子工业中，SiO 2薄膜也可采用CVD 或者LPCV 方法沉积，但热
氧化法制备的SiO 2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SiO 2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SiO 2薄膜。氧化剂可以为O 2（干氧氧化）
H 2O （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SiO 2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SiO 2薄膜的
厚度X 由下式确定：
X=B/A(t+τ)
此时SiO 2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SiO 2厚度变厚，氧化剂必须扩散至Si 和SiO 2的界面才可反应，故其厚度受限
于扩散速度，SiO 2的厚度与时间关系由下式所示：
X 2=B(t+τ)
SiO 2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SiO 2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SiO 2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
程中，硅与二氧化硅的界面会向硅内部迁移，这将使得Si 表面的污染物移到氧化物表面而形成一个崭新的界面。
三、 实验设备及材料
1．实验器材：OTF1200管式真空炉，机械泵，塑料烧杯，塑料镊子等
2．试剂及材料：氧气，HF ，去离子水，清洗过的硅片。
四、 实验内容及步骤
1. 去除Si 晶片表面的自然氧化层。按1:10的比例配制HF/H20腐蚀液，
将清洗过的晶片浸入腐蚀液内约1分钟后，立即取出，用去离子水冲洗晶片表面后，吹干表面。
2．设置温度处理参数。在OTF1200管式真空炉的控制器上设置升温时间（≤10℃），热处理温度（1000℃），热处理时间（1.5小时）。
3．将Si 片放入刚玉舟，放入管式炉中心位置，安装好炉管两侧的连接法兰，打开氧气钢瓶，保证整个实验过程中氧气以一定流量在炉管内流动。启动管式炉，开始热氧化生长SiO 2薄膜。
4．生长结束后，关闭管式炉加热电源，待炉温冷却到40℃以下后，取出刚玉舟，观察生长的SiO 2薄膜的颜色，与附表对比，粗略估计出所生长
SiO 2薄膜的厚度。
5. 妥善保管所制备SiO 2薄膜，以备以后实验室用。
五、 实验结果及分析
样品制备完成后学长没有给我们看，所以无法得到其表面清洁状况，
颜色和估计的厚度。
六、 思考题
1．从热氧化法生长SiO 2薄膜的基本原理，解释为什么热氧化方法制备的
SiO 2薄膜具有优异的电学性能。
答：因为热氧化法制备的SiO 2薄膜结构致密、均匀性和重复性好，
2．为了制备约几个nm 的超薄SiO 2薄膜，可以通过改变哪些参数达到？
答：改变热处理的温度和时间，降低温度，增加升温速率，减少保温时间。改变氧化剂状态，增加氧气的流动速度。