硅的氧化.docx

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硅的氧化

姓名：

孙铭斌班级：

JS1245学号:

201231907011

专业：

集成电路工程时间：

2013年5月19日

硅的氧化及二氧化硅

硅放在空气中会氧化，在其表面生成SiO₂膜，这种膜厚度一般是30～50nm，是空气中氧和硅进行反应的结果。

进行高温加热时可以得到更厚的SiO₂膜，这种硅氧化膜与水晶或石英相同。

它作为电绝缘材料具有最高的电阻率（～1018Ωcm），而热膨胀系数又小到5～7×10-7了，以及可利用压电效应作稳定的振荡子等，因而一般说来其应用范围是广泛的。

1二氧化硅薄膜的应用

SiO₂薄膜在诸多领域得到了很好的应用，如用于电子器件和集成器件、光学薄膜器件、传感器等相关器件中。

利用纳米二氧化硅的多孔性质可应用于过滤薄膜、薄膜反应和相关的吸收剂以及分离技术、分子工程和生物工程等，从而在光催化、微电子和透明绝热等领域具有很好的发展前景。

均匀多孔，孔径分布介于5～50nm的二氧化硅薄膜的制备及性能表征已成为材料界研究的热点之一。

1.1　微电子领域

在微电子工艺中，SiO₂薄膜因其优越的电绝缘性和工艺的可行性而被广泛采用。

在半导体器件中，利用SiO₂禁带宽度可变的特性，可作为非晶硅太阳电池的薄膜光吸收层，以提高光吸收效率；还可作为金属-氮化物-氧化物-半导体（MNSO）存储器件中的电荷存储层，集成电路中CMOS器件和SiGeMOS器件以及薄膜晶体管（TFT）中的栅介质层等。

SiO₂对杂质的扩散起到掩蔽作用。

在集成电路制造中，几种常见的杂质如硼、磷、砷等在SiO₂膜中的扩散要比它们在硅中的扩散慢很多。

因此，在制作半导体器件的各个区时，最常用的方法是首先在硅圆片表面生长一层SiO₂膜，经过光刻、显影后，再刻蚀掉需掺杂区域表面的氧化膜，从而形成掺杂窗口，最终通过窗口选择性地将杂质注入相应的区域中。

随着大规模集成电路器件集成度的提高，多层布线技术变得愈加重要，如逻辑器件的中间介质层将增加到4～5层，这就要求减小介质层带来的寄生电容。

对新型低介电常数介质材料的要求是:

在电性能方面具有低损耗和低耗电；在机械性能方面具有高附着力和高硬度；在化学性能方面要求耐腐蚀和低吸水性；在热性能方面有高稳定性和低收缩性。

目前普遍采用的制备电容介质层的SiO₂，其介电常数约为4.0，并具有良好的机械性能。

如用于硅大功率双极晶体管管芯平面和台面钝化，提高或保持了管芯的击穿电压，并提高了晶体管的稳定性。

这种技术，完全达到了保护钝化器件的目的，使得器件的性能稳定、可靠，减少了外界对芯片沾污、干扰，提高了器件的可靠性能。

1.2　光学领域

20世纪80年代末期，Si基SiO₂光波导无源和有源器件的研究取得了长足的发展，使这类器件不仅具有优良的传导特性，还将具备光放大、发光和电光调制等基本功能，在光学集成和光电集成器件方面很有应用前景，可作为波导膜、减反膜和增透膜。

随着光通信及集成光学研究的飞速发展，玻璃薄膜光波导被广泛应用于光无源器件及集成光路中。

制备性能良好的用作光波导的薄膜显得至关重要。

集成光路中光波导的一般要求:

单模传输、低传输损耗、同光纤耦合效率高等。

波导损耗来源主要分为材料吸收、基片损耗、散射损耗三部分。

通过选用表面粗糙度高、平整的光学用玻璃片或预先溅射足够厚的SiO₂薄膜的普通玻璃基片，使波导模瞬间场分布远离粗糙表面，以减少基底损耗。

激光器用减反膜的研究也取得了很大的进展。

中国工程物理研究院与化学所用溶胶凝胶法成功地研制出紫外激光SiO₂减反膜。

结果表明，浸入涂膜法制备的多孔SiO₂薄膜比早期的真空蒸发和旋转涂膜法制备的SiO₂薄膜有更好的减反射效果。

在波长350nm处的透过率达到98%以上，紫外区的最高透过率达到99%以上。

该SiO₂薄膜有望用于惯性约束聚变（ICF）和X光激光研究的透光元件的减反射膜。

目前在溶胶凝胶工艺制备保护膜、增透膜[30]方面也取得了一些进展。

此法制备的SiO₂光学薄膜在惯性约束聚变的激光装置中已成为一种重要的手段，广泛地应用于增透光学元件上，如空间滤波器、窗口、靶室窗口或打靶透镜。

在谐波转换元件KDP晶体上用溶胶工艺镀制保护、增透膜，能改善KDP晶体的工作条件，提高谐波光束的质量与可聚焦功率。

Thomas用溶胶-凝胶工艺制备的增透膜和保护膜在美国洛仑兹·利弗莫尔国家实验室已使用多年。

1.3　其　他

非晶态SiO₂薄膜由于具有十分优良的负电荷充电和存储能力，在20世纪80年代初、中期成为无机驻极体的代表性材料，与已经得到广泛应用的传统有机高分子聚合物驻极体相比，以单晶硅为基片的SiO₂薄膜驻极体无疑具有不可比拟的优势。

除了电荷储存寿命长（可达200～500年）、抗高温恶劣环境能力强（可在近200℃温度区内工作）外，还可以和现代硅半导体工艺相结合，实现微型化甚至集成电路化。

在驻极体电声器件与传感器件、驻极体太阳能电池板、驻极体马达与发电机等方面获得更广泛的应用[33]。

此外，在研究中还发现，在氧化气氛中进行后处理能够改善各种沉积方法制备的SiO₂薄膜的性能。

在ITO透明导电玻璃中，SiO₂可作为钠离子阻挡层。

目前双靶反应磁控溅射沉积SiO₂膜的设备已成功地应用在ITO透明导电玻璃生产线上。

两年多的连续运行表明，设备和工艺稳定可靠，产品特性和质量符合有关技术标准。

近年来，随着溶胶凝胶技术的迅猛发展，采用这种工艺在玻璃表面浸镀上一层二氧化硅薄膜已成为一种较好的材料强度改性方法，其主要原理是利用溶胶在微孔和裂痕处的凝胶化作用，填隙孔洞，缩小或钝化裂纹，经过后续热处理达到增强的目的。

此外，非晶SiO₂还可以用于高阻隔食品包装材料。

2二氧化硅的结构与性质

2.1SiO₂的结构

2.1.1SiO₂的基本结构单元

如下图1所示，SiO₂具有正四面体的金刚石结构，每个硅原子同四个氧原子用化学键连接起来，硅原子位于正四面体的中心。

图1SiO₂的基本结构单元

2.1.2SiO₂的网状结构

图2，图3所示SiO₂的网状结构。

图2SiO₂的立体网状结构

图3SiO₂的平面网状结构

需要注意的是，热氧化的SiO₂是非晶态的，是四面体网络状结构，两四面体之间的氧原子称桥键氧原子，只与一个四面体相连的氧原子称非桥键氧原子。

原子密度约为2.2×1022/cm3。

如图4所示，石英晶体与热氧化条件下的非晶态SiO₂在整体结构上有明显的差异。

晶态和非晶态二氧化硅结构上最大的不同是晶态二氧化硅长程有序，非晶态短程有序。

长程有序是指晶体中所有原子的分布都是规则有序的，而短程有序是每个原子邻近的原子排列规则，但是整个结构是变形的。

图4晶态与非晶态SiO₂结构示意图

2.2SiO₂的性质

2.1.1SiO₂的物理性质

SiO₂主要的物理性质如表1所示：

表1Si与SiO₂主要物理性质

性质

Si

SiO₂

比重（g/cm3）

2.23

2.20

禁带宽度（eV）

1.12

～8

介电常数

11.7

3.9

熔点（℃）

1417

1732

热导率（W/cm.k）

1.5

0.01

击穿电场（V/cm）

3×105

6～10×106

2.1.2SiO₂的化学性质

SiO₂化学性质比较稳定，不溶于水也不跟水反应，是酸性氧化物，但不跟一般酸反应。

气态氟化氢咳哟跟SiO₂反应生成气态四氟化硅，反应方程式为：

6HF+SiO₂→H2SiF6+2H2O

跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水，反应方程式一般形式为：

SiO₂+2NaOH=Na2SiO3+H₂O

（盛碱的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞的原因，可以用橡皮塞存放）；

跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐，反应方程式一般形式为：

SiO₂+CaO=（高温）CaSiO3

二氧化硅的性质不活泼，它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸（热浓磷酸除外）作用。

常见的浓磷酸（或者说焦磷酸）在高温下即可腐蚀二氧化硅，生成杂多酸；高温下熔融硼酸盐或者硼酐亦可腐蚀二氧化硅，鉴于此性质，硼酸盐可以用于陶瓷烧制中的助熔剂，除此之外氟化氢也可以可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸。

3二氧化硅膜的制备及原理

针对不同的用途和要求，很多SiO₂薄膜的制备方法得到了发展与应用，主要有物理气相沉积、化学气相沉积、氧化法、溶胶凝胶法和液相沉积法等。

3.1　物理气相沉积（PVD）

物理气相沉积主要分为蒸发镀膜、离子镀膜和溅射镀膜三大类。

其中真空蒸发镀膜技术出现较早，但此法沉积的膜与基体的结合力不强。

在1963年，美国Sandia公司的D.M.Mattox首先提出离子镀（IonPlating）技术，1965年，美国IBM公司研制出射频溅射法，从而构成了PVD技术的三大系列——蒸发镀，溅射镀和离子镀。

3.1.1　磁控溅射沉积（MagnetronSputteringDeposition）

SiO₂靶的射频溅射法是制备SiO₂薄膜的主要方法之一。

这种方法在低温下制备的SiO₂薄膜，具有多孔结构，致密度低，因而抗侵蚀能力差；而在较高温度下制备的薄膜，具有较高的致密度和较好的性能。

所以，在通常情况下，衬底温度选择为300～600℃。

其缺点是导致器件易受到热伤害，使一些性能指标降低。

随后发展起来的磁控射频溅射技术，能达到快速和低温的要求，不仅弥补了射频溅射的缺点，大大减小了电子对衬底表面直接轰击造成的损伤，且能在较低的功率和气压下工作。

绝缘体和导体均可溅射，工艺简单，衬底温度低，薄膜厚度的可控性、重复性及均匀性与其他薄膜制备方法相比有明显的改善和提高，因而得到了广泛使用。

许生等使用140mm×600mm的硅靶，频率为40kHz的中频电源，以Ar为溅射气体，O2为反应气体，成功地制备了SiO₂薄膜，并对制备的SiO₂薄膜的化学配比和元素化学态进行了扫描俄歇谱（SAM）和X射线光电子能谱（XPS）分析，测试了膜层对钠离子（Na+）的阻挡性能、光学折射率和可见光透过率。

3.1.2　脉冲激光沉积（PulsedLaserDeposition）

激光沉积是20世纪80年代后期发展起来的新型的薄膜制备技术，在制备高温超导体、铁电体等复杂氧化物方面，取得了极大的成功。

近年来，这种方法也被用来制备硅基硅材料及硅基硅化物材料的薄膜，并对这些材料的结构及发光特性进行了研究。

郑祥钦等用准分子激光，在含氧气氛中对单晶硅靶进行反应剥离，使反应生成的二氧化硅沉积在单晶硅片表面形成薄膜，用X射线光电子能谱分析表明，形成的薄膜是非晶态的二氧化硅组分；通过透射电子显微镜（TEM）可观察到微米量级的多晶硅颗粒。

3.2　化学气相沉积（CVD）

CVD法又分为常压化学气相沉积（APCVD）、低压化学气相沉积（LPCVD）、等离子增强化学气相沉积（PECVD）和光化学气相沉积等。

此外CVD法制备SiO₂可用以下几种反应体系:

SiH4-O2、SiH4-N2O、SiH2Cl2-N2O、Si（OC2H5）4等。

各种不同的制备方法和不同的反应体系生长SiO₂所要求的设备和工艺条件都不相同，且各自拥有不同的用途和优缺点。

目前最常用的是等离子体增强化学气相沉积法。

3.2.1　等离子体增强化学气相沉积法（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition）

这种技术利用辉光放电，在高频电场下使稀薄气体电离产生等离子体，这些离子在电场中被加速而获得能量，可在较低温度下实现SiO₂薄膜的沉积。

这种方法的特点是沉积温度可以降低，一般可从LPCVD中的700℃下降至200℃，且生长速率快，可准确控制沉积速率（约1nm/s），生成的薄膜结构致密；缺点是真空度低，从而使薄膜中的杂质含量（Cl、O）较高，薄膜硬度低，沉积速率过快而导致薄膜内柱状晶严重，并存在空洞等。

目前已发展了双源等离子体CVD、电子回旋共振等离子体增强化学气相沉（ECR-PECVD）、微波等离子体增强化学气相沉积（MPECVD）等技术。

如张劲松等采用开放式2.45GHzECR-PECVD装置，产生低能量、低气压、高密度的等离子体，并将一个可独立调节和控制的13.56MHz的射频偏压加在待沉积的单面抛光Si（100）基片上，用SiH4、O2和Ar气体作为反应气体来制备SiO₂薄膜。

结果表明，通过改变射频偏压来控制离子轰击能量，使ECR-PECVD成膜的内应力、溅射现象、微观结构和化学计量均受到很大程度的影响。

3.2.2　光化学气相沉积法（PhotoChemicalVaporDeposition）

这种方法是使用紫外汞灯（UV-Hg）作为辐射源，利用Hg敏化原理，在SiH4+N2O混合气体中进行光化学反应。

SiH4和O2分2路进入反应室，在紫外光垂直照射下，反应方程式如下：

3O2→2O·3（<195nm）

O·3→O·+O2（200～300nm）

总反应式为：

SiH4+2O2→SiO₂+气体副产物（通N2排出）

PCVD制备的SiO₂薄膜可应用于气体传感器的表面修饰，从而提高传感器的选择性。

这种方法的主要特点是形成薄膜的温度低（50～200℃）。

此外，由于光子的能量不足以引起气体分子电离，所以没有高能离子对晶片的损伤问题。

这为集成电路的低温制造开辟了一条重要途径。

3.3　热氧化法（ThermalOxidation）

热氧化工艺是在高温下（900～1200℃）使硅片表面氧化形成SiO₂膜的方法,包括干氧氧化、湿氧氧化以及水汽氧化。

具体的反应方程式为：

硅与氧：

Si（固体）＋O2→SiO2（固体）

硅与水蒸气：

Si（固体）＋H2O→SiO2（固体）+2H2

下表是三种热氧化方法的特点：

表2硅热氧化三种主要工艺的特点

速度

均匀机构性

结构

掩蔽性

水温

干氧

慢

好

致密

好

湿氧

慢

较好

中等

基本满足

95℃

水汽

最快

差

疏松

较差

102℃

实际生产过程中，常采用干氧－－湿氧－－干氧类似三明治结构的生长方式。

采用干氧气氛下的高温氧化,生长厚度为10nm左右的SiO₂所需的氧化时间很短,常规电阻丝加热氧化炉无法控制如此短的氧化时间。

而采用高温下的低压氧化方法,氧化时间将增加,常规氧化炉可以控制较长的氧化时间,但是较长时间的高温工艺过程会引起掺入杂质的再分布,这是超大规模集成电路制作工艺中所不希望的。

为了解决以上问题,出现了一种制备超薄SiO₂薄膜的新方法——快速热工艺氧化法,或称快速热氧化法（RapidThermalOxidation）。

这种方法采用快速热工艺系统,精确地控制高温短时间的氧化过程,获得了性能优良的超薄SiO₂薄膜。

譬如硅烷低温氧化沉积SiO₂薄膜,温度在400℃左右,在含氧的气氛中硅烷（SiH4）在衬底表面上热分解,并与氧气反应生成SiO₂,其化学反应式为:

SiH4+2O2→SiO₂↓+2H2O↑（或H2↑）

为了防止硅烷自燃,通常使用氮气（N2）或氩气（Ar）稀释硅烷。

在这些条件下生长的薄膜,具有较高的绝缘强度和相当快的生长速度。

这种方法的特点是设备简单,温度低,不生成气态有机原子团,生长速率快,膜厚容易控制；缺点是大面积均匀性差,结构较疏松,腐蚀速度较快,且气体管道中易出现硅烷氧化,形成白粉,因而沉积SiO₂粉尘的污染在所难免。

3.4　溶胶凝胶法（Sol-Gel）

溶胶凝胶法是一种低温合成材料的方法,是材料研究领域的热点。

早在19世纪中期,Ebelman和Graham就发现了硅酸乙酯在酸性条件下水解可以得到“玻璃状透明的”SiO₂材料,并且从此在黏性的凝胶中可制备出纤维及光学透镜片。

这种方法的制作费用低、镀膜简单、便于大面积采用、且光学性能好,适用于立体器件。

过去十几年中,人们在此方面已取得了较大进展。

通常,多孔SiO₂薄膜的特性依赖溶胶-凝胶的制备条件、控制实验条件（如溶胶组分、pH值、老化温度及时间、回流等）,可获得折射率在1.009～1.440、连续可调、结构可控的SiO₂纳米网络。

但是SiO₂减反射膜（即增透膜）往往不具有疏水的性能,受空气中潮气的影响,使用寿命较短。

经过改进,以正硅酸乙酯（TEOS）和二甲基二乙氧基硅烷（DDS）2种常见的物质为原料,通过二者的共水解-缩聚反应向SiO₂网络中引入疏水的有机基团——CH3,由此增加膜层的疏水性能。

同时,通过对体系溶胶-凝胶过程的有效控制,使膜层同时具有良好的增透性能及韧性。

此外,在制备多孔SiO₂膜时添加聚乙二醇（PEG）可加强溶胶颗粒之间的交联,改善SiO₂膜层的机械强度,有利于提高抗激光损伤强度。

3.5　液相沉积法（LiquidPhaseDeposition）

在化学沉积法中,使用溶液的湿化学法因需要能量较小,对环境影响较小,在如今环境和能源成为世人瞩目的问题之时备受欢迎,被称为soft-process（柔性过程）。

近年来在湿化学法中发展起一种液相沉积法（LPD）,SiO₂薄膜是用LPD法最早制备成功的氧化物薄膜。

通常使用H2SiF6的水溶液为反应液,在溶液中溶入过饱和的SiO₂（以SiO₂、硅胶或硅酸的形式）,溶液中的反应为:

H2SiF6+2H2O→SiO₂+6HF

目前可在相当低的温度（～40℃）成功地在GaAs基底上生长SiO₂薄膜,其折射率约为1.423。

PLD成膜过程不需热处理,不需昂贵的设备,操作简单,可以在形状复杂的基片上制膜,因此使用广泛。

4二氧化硅中的杂质及其扩散

4.1杂质在SiO2中的存在形式

按杂质在网络中的位置，可以将其分为：

网络形成者（剂），网络改变者（剂）。

如图5所示。

实验表明：

存在于氧化硅介质膜中的各类杂质绝大部分处于电离状态，并多数以正离子的形式处于网络形成剂或网络改变剂的状态。

图5非本征二氧化硅结构示意图

由于硼、磷、砷、锑等三、五族杂质离子的离子半径接近于硅的原子半径，十分容易取代或填充硅原子的位置，在二氧化硅介质膜中以网络形成剂的形式稳定在二氧化硅介质膜中。

在一定的温度和时间内，这些三、五族杂质元素并不是进不来，而是由于处在网络形成者的状态下，进来之后的迁移速度十分缓慢或几乎停顿下来。

故二氧化硅介质膜可极为明显地限制硼、磷、砷、锑等三、五价元素在氧化硅介质膜中的迁移速度。

热氧化生长的高温条件（通常在1180℃左右）使得氧化硅介质处于热振动的结构状态下，原子与各类杂质离子间的跃迁、替位、补偿等行为在介质膜形成的过程中是一直存在且极不稳定的。

氧化硅介质膜可显著地抑制掺杂元素在其体内的热迁移是硅晶体管和硅集成电路得以实现选择性扩散的重要因素之一。

网络改变剂（网络改变者）都是离子半径较大的一些化学元素（Na、K、Ba等）。

它们的存在或增多，会明显地增加氧化硅介质膜结构中的非桥联氧原子浓度，使氧化硅介质膜的结构强度减弱、熔点降低、介电特性变差，对电路的稳定性和可靠性产生极坏的影响。

4.2杂质在SiO2中的扩散系数

利用在相同条件下，杂质在SiO2中的扩散速度远小于杂质在硅中扩散速度的特点，SiO2常用来做选择性扩散的掩蔽膜。

杂质在SiO2中的扩散行为与硅中一样，都服从扩散规律：

其中，ΔΕ为杂质在SiO2中的激活能，D0为表观扩散系数。

B、P等常用杂质在SiO2中的扩散系数很小，SiO2薄膜对这类杂质具有很好的掩蔽作用。

但需要注意的是，Ga的扩散系数很大，SiO2对Ga起不到掩蔽作用；部分碱金属如Na＋的扩散系数和迁移率都很大。

即使在低温环境，也能很快扩散到整个SiO2层，并且Na＋来源很丰富，已成为双极和MOS器件性能不稳定的重要原因之一。

4.3掩蔽层厚度的确定

硼、磷、砷等杂质在SiO2中的扩散系数都远小于在硅中的扩散系数，此外，这些杂质制备容易，纯度高，操作方便，所以它们都是经常被选用的重要掺杂杂质。

为了保证SiO2的有效掩蔽，不但要求杂质的DSi>>DSiO2,，而且要有一定的厚度。

氧化层厚度可以采用放射性元素的示踪等技术测量，生产中采用计算和实践相结合的办法，可较准确估算。

如采用恒定表面源扩散的扩散方式，其结深可表示为（余误差函数分布）：

其中，Cx－杂质浓度，Cs－SiO2表面的杂质浓度。

要确定SiO2的厚度，需先假设SiO2与Si-SiO2界面的杂质浓度，当比值为103时。

5二氧化硅膜的检测

膜的质量主要体现在膜的表面没有斑点、裂痕、白雾发花和针孔等缺陷，厚度达到规定指标且保持均匀，对膜中可动杂质离子，特别是钠离子的含量也必须是有明确的要求。

5.1SiO2膜厚度的检测

在生产实践中，测量SiO2厚度的方法有很多，如果精度要求不高，可采用比色法、腐蚀法等。

如果有一定精度要求，则可以采用双光干涉法和电容电压法。

在某些研究分析领域，已经采用了精度极高的椭圆偏振光法。

5.1.1　比色法

直接观察硅片氧化膜颜色，可以比较方便的估计出氧化膜的厚度。

由于光干涉作用，不同厚度的二氧化硅膜表现出不同的颜色，对应关系如下表所示：

表3二氧化硅膜厚度比色表

注意：

表中所列的颜色，是照明光源与眼睛均垂直于硅片表面时所观察到的颜色

由上表可知，氧化膜的颜色随其厚度的增加而呈现周期性的变化。

对应同一颜色，可能有几种厚度，所以这个方法的误差较大。

不过，可将生长了二氧化硅的硅片在氢氟酸中进行腐蚀，观察其颜色变化，确定其厚度。

当厚度超度7500埃的时候，颜色的变化就不明显了。

因此，此法只适用于氧化膜厚度在一微米以下的情况。

5.1.2　干涉法

目前最常用的方法就是干涉法，其设备简单，测量方便，也比较准确。

在已经氧化过得硅片表面，用蜡或真空油脂保护一定的区域（如占硅片面积的1/2---1/3），然后放入氢氟酸中，将未保护的氧化膜腐蚀掉，最后用有机溶液（如甲苯、四氯化碳）将蜡或真空油脂除净，这是就出现了二氧化硅斜坡。

当已知波长的单色光束垂直照射在斜坡上面，如图所示，由于二氧化硅膜是透明的，所以入射光束将分别在二氧化硅表面和二氧化硅-硅界面处反射，这两部分的反射光将产生干涉，在显微镜下可以看到明暗相间的干涉条纹，并根据此公式得出二氧化硅膜的厚度：

其中，

为膜厚度，

为干涉条纹，

为入射单色光的波长，

为入射光的折射率。

5.1.3　椭圆偏振光法

此法是由激光器发出一定波长的激光束，经起偏器变成线性偏振光，并确定偏振方向，再经过1/4波长片，由于双折射现象，使其产生为相位相差90°的两部分光，它们的偏振方向相互垂直，所以变成椭圆偏振光。

椭圆的形状由起偏器方位角决定。

椭圆偏振光以一定的角度入射到样品上，反射后偏振状态发生改变，一般认为椭圆偏振光，但是椭圆的方位和形状改变了。

如图6所示：

图6椭圆偏振光法测试原理图

计算公式为：

其中，

和

是膜厚

和折射率

的函数。

在波长、入射角、衬底等参数一定时，对于一定厚度的某种膜，启动起偏器，总可以找到一个方位角，使反射光变成线性偏振光。

这时转动检偏器，当检偏器的方位角与反射线偏振光相互垂直的时，光束不能通过，出现消光现象。

消光时，

和

分别由起偏器方位角

和检偏器方位角

决定，关系如下：

这时的

和

也是

和

的函数，可以由已知的（P,A）-（d，n）关系图，根据已知的

、

求出

和

。

5.2SiO2膜缺陷的检测

5.2.1氧化膜缺陷类型

（1）宏观缺陷：

宏观缺陷又称表面缺陷，主要包括：

氧化层厚度不均匀、表面有斑点、氧化层上有针孔等。

1）氧化层厚度不均匀；2）氧化层斑点：

解决方法是严格处理硅片表面，对石英管进行严格的清洗，严格控制水温和氧气流量；3）氧化层针孔：

解决方法是严格删除衬底材料，氧化前进行严格的清洗。

（2）微观缺陷：

氧化膜的微观缺陷是指钠离子沾污和热氧化层错。

1）钠离子沾污；2）热氧化层错：

解决热氧化层错的方法很多，如降低氧化炉温，采用高温