大量实验表明,HCI氧化还具有明显的吸除有害杂质的作用。吸除⒊02(包括石英管)中杂质的机理是:Na、Fe、Au等杂质由⒏O2层内扩散到外表面,与Hα形成挥发性的氯化物(如Nacl、F￡圮、

AuC1等)。MAX19995AETX+T因此,应用HCl氧化可生长出较为“清洁”的⒊02。以Na+钝化为例:当Np离子移动到s/SiO2界面复合体附近时,由于C1和Na+的库仑作用很强,被束缚到Cl周围,而且中性化,形成的结构c用放射性示踪测量得知,在Hα氧化膜中,沾污的Na+仍然有相当数量是堆积在s/SiO2界面附近处,但用MC)S的GV法,通过垦T(偏压一温度)处理,测得这时平带电压的漂移只有0.2V。这说明已达到S√Sio2界面的N扩被界面处的氯束缚,而且中性化,故当电场反向时,不再向⒏/SiG界面漂移。Na←在⒊―Cl中心处失去了正电荷而成为不可动的,即Na+被固定住了(可使Na+减少半个到一个数量级)。这就是Hα氧化的所谓表面钝化作用。

    反应生成的H20加快了氧化速率,但如果在干氧氧化气氛中只加人C1,同样也能使氧化速率增大。这是因为进入⒏O2中的氯集中在⒏/Si()2界面附近,因⒏―o键能为4.25eV,⒊―Cl键能为0.5eV,所以α先与s反应生成⒊O2的中间产物――氯硅化合物,然后再与氧反应生成⒊02。在上述反应过程中,氯起催化作用。另外,氯替代氧形成非桥联的s―α键,使⒏02网络变得疏松,氧化剂在s02中的扩散加快,也使氧化速率增加。

   掺氯氧化同时还可减小界面态密度,减少固定电荷等氧化膜缺陷,提高氧化膜平均击穿电压,增加氧化速率,提高硅中少数载流子寿命等。但在高氯浓度下(高到使N扩全部中性化),氧化膜会产生负偏压不稳定性,不过在一般芯片应用范围内不致对产品特性产生严重影响。

   尽管掺氯氧化不能彻底解决产品的可靠性问题,但与普通氧化相比确有不少优点,所以在要求高质量氧化膜的场合(如MOs器件生产中)首先被采用了。这里值得指出的是,掺氯氧化以后,氧化膜中氯的浓度会由于后面的高温处理、惰性气体退火以及非卤化物气氛中(特别是水汽中)退火而减小。原因在于⒊―α键的结合并不是很牢固,在高温缺氯的气氛下退火,会使⒊―Cl键离解。⒏―O键的键能(208kcd/moD大于⒏―Cl键的键能(150.1kcd/md),说明硅与氧的结合力大于硅与氯的结合力,所以在高温下,当有氧和水汽存在时,就有可能使⒏―Cl键解体。

    因为⒊―OH能容易地代替⒊―α,因此掺氯氧化以后应尽量避免上述工艺。在上述加氯工艺中,关键要提供足够的氧气,否则硅片表面可能会被未完全反应的氯化氢腐蚀。若因此使硅表面变得不平整,可能会降低栅氧化层的质量。与氯气一样,氯化氢在有水蒸气存在的情况下,可以与不锈钢管道发生反应,污染⒏的表面。另外,用三氯乙烯和三氯乙烷作为氯源,它们的腐蚀性比HCl的小。但使用这两种物质作为氯源,必须采取严格的安全预防措施,因为TCE可能致癌,TCA在高温下能够形成光气(COC圮),光气是一种高毒物质。