硅氧化设备精要.ppt

浙大微电子 （共68页） 桂林电子科技大学职业技术学院 硅热氧化设备与 二氧化硅膜质量控制 常规热氧化方法 干氧氧化：Si+O2:高温加热 热氧化速率取决于氧原子在二氧化硅中的扩散速率，温度越高、扩散越快，二氧化硅层越厚。 特点：结构致密、干燥性和均匀性好、钝化效果好、掩蔽性能好，但总体反应速率慢； 水汽氧化：Si+H2O:高纯水、高温加热 由于水汽的进入，使氧化膜结构疏松，反应速率加快。所需水蒸气由高纯去离子水汽化或氢氧化合而成。 特点：反应速率快—水在二氧化硅中的平衡浓度大于氧气；结构疏松，含水量大，掩蔽性能不好，目前很少使用； 常规热氧化方法 湿氧氧化：Si+H2O+O2:氧气携带去离子水产生的水蒸气（95-98℃）、高温加热； 特点：介于干氧和水汽氧化之间，实际应用时，常采用干氧-湿氧-干氧交替进行的方式，既保证膜质量又提高了氧化速率。 氢氧合成氧化：H2：O2=2：1 氧气须过量； 高纯氢-氧反应生成水，水汽化后与氧气一同参与反应。 优点：膜质量好、均匀性好，但安全性控制较复杂。 常规热氧化方法 掺氯氧化 本质：在二氧化硅界面形成氯-硅-氧复合结构，保护结构不受钠离子影响而减少层错等缺陷的出现。 作用过程：在干氧氧化基础上，通入含氯化合物气体，提高器件电学性能和可靠性。 热氧化界面 影响氧化层厚度的因素： 氧化时间、氧化温度、氧化剂分压、氧化气氛、衬底表面处理等。 一、热氧化设备-常规热氧化设备 特点：可同时氧化200片硅片，生产效率高，参数控制好。 氢氧合成热氧化设备 安全措施：错误比例连锁保险和低温报警连锁保险装置； 空气中氢气含量4%-74.2%之间会发生爆炸。 掺氯氧化设备 特点：氮气携带三氯乙烯进入反应室； 氮气作用：载流、提供压力； 氧化基本步骤 硅片送至炉管口，通氮气和少量氧气排杂 硅片送至恒温区，预热，控制升温速率5-30℃/min 通入大量氧气，开始氧化反应 按比例要求通入反应气体 停通其他气体、续通氧气，消耗残余反应气体 改通氮气，做退火处理，排净炉内其他气体 硅片拉至炉管口，降温处理，控制降温速率2-10℃/min 将处理好的硅片拉出炉管 其他生长方法 氧化和分解均可以获得二氧化硅，热分解含硅化合物也是形成二氧化硅的重要途径之一。 作用原理：以待加工硅片作为形成氧化膜层的淀积衬底，硅片本身不参与氧化膜形成。此外，陶瓷片、金属片等也可以作为衬底材料——低温”淀积” 淀积： 悬浮在液体或气体中的固态微粒发生连续沉降的现象。 烷氧基硅烷热分解法 淀积得到的二氧化硅膜致密性不如热氧化生长的氧化膜，在淀积后应进行致密处理。 操作注意事项： 1、确保系统密封性，不能漏气或堵塞； 2、源温和源流量须进行控制，d=kt； 3、源使用时间不宜太长，一旦变成黄色则不能使用； 4、硅片进炉后，应先抽真空，达到要求后方能通源； 断源后仍需抽气五分钟左右，才能排气； 烷氧基硅烷热分解法 硅烷热分解法 特点：气态副产物少，生长温度较低，氧化膜质量好 1、保证反应室整个淀积面积上的气流均匀，反应室和 横截面面积进行适当控制，对气体流量严格控制； 2、严格控制反应温度，以防发生爆炸； 3、注意使用安全，严格控制装置气密性，硅烷使用前进行 稀释（3%-5%）,如何稀释？ 硅烷热分解法 操作要点： 二氧化硅膜质量控制 二氧化硅膜质量要求： 宏观上：表面无斑点、裂纹、白雾、发花和针孔等现象； 微观上：厚度符合要求、均匀、结构致密，可移动钠离子含量低； 二氧化硅质量检验 一、厚度测量 常用厚度测量方法： 比色法、腐蚀法、双光干涉法、电容电压法、椭圆偏振 光法等，不同测量方法的主要区别在于测量精度高低。 厚度单位：埃 单位换算：毫米（mm)、微米（μm)、纳米（nm）、 埃、微微米（pm) 测量原理：不同厚度氧化膜在白光照射下会呈现出不同的干 涉颜色，利用金相显微镜观察并与标准比色样品进行对比， 得出氧化膜厚度。 首先需预判氧化膜厚度范围，然 后对比标准比色样品得出厚度值。适 用于1000 - 7000埃之间的厚度，超过 7500埃则效果不明显。 厚度测量-比色法 测量原理： 利用光照射氧化硅台阶的不 同界面获得的干涉条纹数目 得到氧化层的厚度。 作用过程： 1、制备氧化层台阶； 2、用可见光照射氧化物斜面； 3、依据显微镜下观测的干涉条纹数目计算二氧化硅厚度。 厚度测量-双光干涉法 技术要点： 干涉条纹数目的确定； 氧化物斜面不能太窄； 干涉条纹应清晰可见； 局限性：不能测太薄的厚度（2000埃以上）；折射率确定? 厚度测量-双光干