半导体工艺整理..doc

三．热分解淀积氧化 热分解氧化薄膜工艺是利用含硅的化合物经过热分解反应，在硅片表面淀积一层二氧化硅薄膜的方法。这种方法的优点是：基片本身不参与形成氧化膜的反应，而仅仅作为淀积二氧化硅氧化膜的衬底。衬底可以是硅也可以不是硅而是其它材料片。如果是硅片，获得二氧化硅膜也不消耗原来衬底硅，而保持硅片厚度不变，这是与热氧化法最根本的区别。因为这种方法可以在较低的温度下应用，所以被称作“低温淀积”。常用的热分解淀积氧化膜反应源物质（硅化合物）有正硅酸乙脂和硅烷两种。现分别介绍如下： 1．正硅酸乙脂热分解淀积 淀积源的温度控制在20 oC左右，反应在真空状态下进行，真空度必须在10-2×133.3Pa以上，淀积时间根据膜厚决定。淀积得到的二氧化硅氧化膜不如热生长的致密。但如果在真空淀积之后经过适当的增密处理可使其质量有所改善；方法是硅片在反应炉内加热升温到850～900 oC半小时左右，之后再在干燥的氮、氩或氧气氛中继续加热一段时间即可。 2．硅烷热分解淀积 反应方程式： SiH4 + 2O2 → SiO2↓+ 2H2O↑ （300～400 oC） 以上两种热分解淀积氧化膜的方法实际上是一种化学气相淀积（CVD）工艺。前一种是低压CVD（LPCVD）；后一种是常压CVD(APCVD)。特别是后一种硅烷加氧气淀积二氧化硅的方法，是目前生产中天天在用的常规工艺。以后我们将有专门的章节讲解CVD工艺。 SiO2薄膜的质量与检测 二氧化硅工艺质量是半导体器件质量的基础。下面就氧化质量要求，工艺检测，常见质量问题及对策等几个方面进行讨论。 一．质量要求 SiO2薄膜质量优劣对器件性能和产品成品率都有很大影响。通常要求薄膜表面无斑点、裂纹、白雾、发花和针孔等缺陷；厚度要求在指标范围内，且保持均匀一致；结构致密，薄膜中可动离子特别是钠离子量不得超标。 二．检测方法 1．厚度测量 要求精度不高时，可用比色法、磨蚀法测量；精度高时，可用双光干涉法，电容－电压法检测。精度高达10×10 -10 m的椭圆偏振法，现在生产上已是常用测试手段。 2．表面质量 通过目测或镜检可以直接观察到SiO2薄膜表面各种缺陷。颗粒可通过聚光灯照射形成亮点发现。针孔、龟裂、除了显微镜直接观察还可以通过氯气腐蚀后出现花斑来检查。 3．氧化层错 将氧化片先经过腐蚀显示，再用显微镜观察，可看到许多类似火柴杆状的缺陷。 4．Si－SiO2系统电荷 硅—二氧化硅系统中的固定电荷、界面态、可动Na＋和电离陷阱四种电荷，都可以通过电容－电压法检测，但具体做法和算法有所不同。 三．常见质量问题和解决 1．厚度均匀性 氧化膜厚度不均匀不仅影响氧化膜对扩散杂质的掩蔽作用和绝缘作用，而且在光刻腐蚀时容易造成局部沾污。要提高膜厚均匀性，首先要控制好氧气的流量，保证反应管里硅片周围氧气和水汽蒸汽压均匀；稳定炉温，保证足够长的恒温区，一定要把片子推进恒温区。此外，还要严格控制好水浴温度，氧化前做好硅片前处理，保证清洗质量和硅片表面质量。 2．表面斑点 氧化层出现斑点时，斑点外的氧化膜对杂质的掩蔽能力降低，会造成器件性能变坏，甚至做不出管芯来。一些突起的斑点还会影响光刻的对准精度，造成光刻质量不好。因此，要保证氧化前硅片表面无微粒；石英管长期处于高温下易老化，内壁产生颗粒沾污硅片，要及时清洗、更换石英管，操作中注意避免水珠飞溅到硅片表面；硅片清洗后要烘干无水迹。 3．氧化膜针孔 针孔会使氧化层扩散时的掩蔽作用失效，引起晶体管漏电增大，耐压降低甚至击穿，还会造成金属电极引线和氧化膜下面的区域短路，使器件变差或报废。为了减少针孔，须保证硅片表面质量无位错层错；硅片表面应平整光亮；加强整个器件工艺过程中的清洗处理。 4．热氧化层错 由热氧化工艺诱生的热氧化层错这种微缺陷，会使氧化膜出现针孔等弊病，最终导致PN结反向漏电增大，耐压降低甚至穿通，使器件失效。在MOS器件中，Si－SiO2系统中的层错会使载流子迁移率下降影响跨导和开关速度。所以一定要保证硅片表面抛光质量和表面清洗质量，采用掺氯氧化和吸杂技术，在硅片背面引入缺陷或造成很大应力来降低热氧化层错。 氧化装置 氧化装置主要由三部分构成：氧化炉、氧化源发生和输送系统、进出硅片推拉系统。而氧化炉又包括四个部分： 炉体 温度测量系统 温度控制系统 反应管 炉体提供稳定的高温条件，用高温电热丝加热。炉管用绝缘性好的氧化铝管，电热丝绕套在炉管上，外面衬以保温材料，最外层是钢板制的炉罩。 温度测量，用热电偶配上电位差计。 温度控制分为自动和手动两部分。手动用调压变压器调控；自动用精密温度自控仪或电子计算机控制。 反应管用耐高温不易变形的石英管或性能更好但价格较贵的碳化硅管。 以干氧―湿氧氧化为例的氧化装置示意图如下： 氧化工艺