半导体工艺基础之氧化(PPT 58页)

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先用HCl:H2O液体浸泡 再在大的玻璃杯中浸泡清洗
Immersion in dunk tank followed by rinse, spin dry and/or dry bake (100 to 125℃)
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HF:H2O Immersion in dunk tank or single wafer vapor
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氧化层应用
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氧化层应用
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氧化层应用
Compare with blanket field oxide – Better isolation更好的隔离 – Lower step height更低台阶高度 – Less steep sidewall侧墙不很陡峭
Disadvantage缺点 – rough surface topography粗糙的表面形貌 – Bird’s beak鸟嘴
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氧化层应用
Defects removal from silicon surface
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氧化层应用
临近器件的绝缘隔离 Blanket field oxide Local oxidation of silicon (LOCOS) Thick oxide, usually 3,000 to 10,000 Å
SiO2 can be used as diffusion mask
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氧化层应用
Pad Oxide衬垫氧化层, Screen Oxide屏蔽氧化层 Sacrificial Oxide牺牲氧化层, Barrier Oxide阻挡氧化层
Normally thin oxide layer (~150Å) to protect silicon defects from contamination and overstress.
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氧化层应用
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氧化层应用
Pad and Barrier Oxides in STI Process
USG: Undoped Silicate Glass未掺杂硅酸盐玻璃 9
氧化层应用
Relieve strong tensile stress of the nitride Prevent stress induced silicon defects
章 Oxidation氧化
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氧化层简介
硅与O2直接反应可得； SiO2性能稳定； 氧化工艺在半导体制造中广泛使用
Si + O2 → SiO2
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氧化层简介
Silicon
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氧化层应用
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氧化层应用
Much lower B and P diffusion rates in SiO2 than that in Si
密度的氧化层薄膜和更高的刻蚀速率 通常，掺杂浓度越高，氧化层生长速率越高；
在氧化过程的线性区(氧化层较薄时)更为显 著。
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HCl is used to reduce mobile ion contamination
Widely used for gate oxidation process Growth rate can increase from 1 to 5
°C Higher dielectric strength 缺点:设备复杂，存在安全问题
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氧化速率与温度
氧化速率对温度很敏感，指数规律 温度升高会引起更大的氧化速率升高 物理机理：温度越高，O与Si的化学反应
速率越高；温度越高，O在SiO2中的扩散 速率越高。
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<111>表面的氧化速率高于<100>表面 <111>表面的Si原子密度高
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杂质元素和浓度 高掺磷的硅有更高的氧化层生长速率，更低
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热氧化生长的SiO2层是无定形的 SiO2分子间趋于交联形成晶体 未清洗硅片表面的缺陷和微粒会成为SiO2的
成核点
这种SiO2层的阻挡作用很差 氧化前需要清洗硅片表面
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RCA清洗
Developed by Kern and Puotinen in 1960 at RCA Most commonly used clean processes in IC fabs (1号液)－NH4OH:H2O2:H2O with 1:1:5 to
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Pre-oxidation Wafer Clean Particulate Removal
High purity deionized (DI) water or H2SO4: followed by DI H2O rinse.
高压清洗或者放在清洗液中加热漂洗，最后烘 干High pressure scrub or immersion in heated dunk tank followed by rinse, spin dry and/or dry bake (100 to 125 °C).
应生长SiO2 氧化薄膜越厚，生长速率越低
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B/A为线性速率常数；B为抛物线速率常数
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水汽氧化(Steam Oxidation）
Si + 2H2O → SiO2 + 2H2 At high temperature H2O is dissociated to H
and H-O H-O diffuses faster in SiO2 than O2 Steam oxidation has higher growth rate than dry
oxidation
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湿氧氧化法是将干燥纯净的氧气，在通入 氧化炉之前，先经过一个水浴瓶，使氧气 通过加热的高纯去离子水，携带一定量的 水汽，湿氧氧化法的氧化剂是氧气和水的 混合物。
Si+O2→SiO2
Si + 2H2O → SiO2 + 2H2
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氧化速率
温度 湿氧或干氧 厚度 压力 圆片晶向(<100>或<111>) 硅中杂质
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Boiler Bubbler Flush Pyrogenic
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High Pressure Oxidation
Faster growth rate Reducing oxidation temperature: 1 amt. = –30
被浅的管沟(STI)所取代
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氧化层应用
Gate oxide: thinnest and most critical layer Capacitor dielectric
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氧化层应用
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Silicon Dioxide Grown on Improperly Cleaned Silicon Surface
1:2:8 ratio at 70 to 80℃ to remove organic . (2号液)-- HCl:H2O2:H2O with 1:1:6 to 1:2:8
ratio at 70 to 80 ℃ to remove inorganic contaminates ，DI water rinse HF dip or HF vapor etch to remove native oxide.
percent
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在干氧中的氧化速率 41
在合成水汽中的氧化速率
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二 氧 化 硅 色 谱
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氧化工艺
干氧氧化，薄氧化层 －栅氧化层 －衬垫氧化层，屏蔽氧化层，牺牲氧化层，等 等
湿氧氧化，厚氧化层 －场氧化层 －扩散掩膜氧化层
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氧化装置系统
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Faster, higher throughput Thick oxide, such as LOCOS Dry oxide has better quality
etcher followed by rinse, spin dry and/or dry bake (100 to 125℃)
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Oxidation Mechanism 干氧氧化（Dry Oxidation）
Si+O2→SiO2 O来源于提供的氧气 Si来源于衬底硅圆片 O通过表面已有的氧化层向内扩散并与Si反
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强氧化剂清除有机污垢
H2SO4:H2O2 or NH3OH:H2O2 followed by DI H2O rinse.
High pressure scrub or immersion in heated dunk tank followed by rinse, spin dry and/or dry bake (100 to 125 °C).