大量實(shí)驗(yàn)表明,HCI氧化還具有明顯的吸除有害雜質(zhì)的作用。吸除⒊02(包括石英管)中雜質(zhì)的機(jī)理是:Na、Fe、Au等雜質(zhì)由⒏O2層內(nèi)擴(kuò)散到外表面,與Hα形成揮發(fā)性的氯化物(如Nacl、F￡圮、

AuC1等)。MAX19995AETX+T因此,應(yīng)用HCl氧化可生長(zhǎng)出較為“清潔”的⒊02。以Na+鈍化為例:當(dāng)Np離子移動(dòng)到s/SiO2界面復(fù)合體附近時(shí),由于C1和Na+的庫(kù)侖作用很強(qiáng),被束縛到Cl周圍,而且中性化,形成的結(jié)構(gòu)c用放射性示蹤測(cè)量得知,在Hα氧化膜中,沾污的Na+仍然有相當(dāng)數(shù)量是堆積在s/SiO2界面附近處,但用MC)S的GV法,通過(guò)墾T(偏壓一溫度)處理,測(cè)得這時(shí)平帶電壓的漂移只有0.2V。這說(shuō)明已達(dá)到S√Sio2界面的N擴(kuò)被界面處的氯束縛,而且中性化,故當(dāng)電場(chǎng)反向時(shí),不再向⒏/SiG界面漂移。Na←在⒊―Cl中心處失去了正電荷而成為不可動(dòng)的,即Na+被固定住了(可使Na+減少半個(gè)到一個(gè)數(shù)量級(jí))。這就是Hα氧化的所謂表面鈍化作用。

    反應(yīng)生成的H20加快了氧化速率,但如果在干氧氧化氣氛中只加人C1,同樣也能使氧化速率增大。這是因?yàn)檫M(jìn)入⒏O2中的氯集中在⒏/Si()2界面附近,因⒏―o鍵能為4.25eV,⒊―Cl鍵能為0.5eV,所以α先與s反應(yīng)生成⒊O2的中間產(chǎn)物――氯硅化合物,然后再與氧反應(yīng)生成⒊02。在上述反應(yīng)過(guò)程中,氯起催化作用。另外,氯替代氧形成非橋聯(lián)的s―α鍵,使⒏02網(wǎng)絡(luò)變得疏松,氧化劑在s02中的擴(kuò)散加快,也使氧化速率增加。

   摻氯氧化同時(shí)還可減小界面態(tài)密度,減少固定電荷等氧化膜缺陷,提高氧化膜平均擊穿電壓,增加氧化速率,提高硅中少數(shù)載流子壽命等。但在高氯濃度下(高到使N擴(kuò)全部中性化),氧化膜會(huì)產(chǎn)生負(fù)偏壓不穩(wěn)定性,不過(guò)在一般芯片應(yīng)用范圍內(nèi)不致對(duì)產(chǎn)品特性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

   盡管摻氯氧化不能徹底解決產(chǎn)品的可靠性問(wèn)題,但與普通氧化相比確有不少優(yōu)點(diǎn),所以在要求高質(zhì)量氧化膜的場(chǎng)合(如MOs器件生產(chǎn)中)首先被采用了。這里值得指出的是,摻氯氧化以后,氧化膜中氯的濃度會(huì)由于后面的高溫處理、惰性氣體退火以及非鹵化物氣氛中(特別是水汽中)退火而減小。原因在于⒊―α鍵的結(jié)合并不是很牢固,在高溫缺氯的氣氛下退火,會(huì)使⒊―Cl鍵離解。⒏―O鍵的鍵能(208kcd/moD大于⒏―Cl鍵的鍵能(150.1kcd/md),說(shuō)明硅與氧的結(jié)合力大于硅與氯的結(jié)合力,所以在高溫下,當(dāng)有氧和水汽存在時(shí),就有可能使⒏―Cl鍵解體。

    因?yàn)棰敞DOH能容易地代替⒊―α,因此摻氯氧化以后應(yīng)盡量避免上述工藝。在上述加氯工藝中,關(guān)鍵要提供足夠的氧氣,否則硅片表面可能會(huì)被未完全反應(yīng)的氯化氫腐蝕。若因此使硅表面變得不平整,可能會(huì)降低柵氧化層的質(zhì)量。與氯氣一樣,氯化氫在有水蒸氣存在的情況下,可以與不銹鋼管道發(fā)生反應(yīng),污染⒏的表面。另外,用三氯乙烯和三氯乙烷作為氯源,它們的腐蝕性比HCl的小。但使用這兩種物質(zhì)作為氯源,必須采取嚴(yán)格的安全預(yù)防措施,因?yàn)門(mén)CE可能致癌,TCA在高溫下能夠形成光氣(COC圮),光氣是一種高毒物質(zhì)。