5氧化工艺原理7.ppt

氧化生长工艺原理 二氧化硅的结构 （a）结晶性二氧化硅 （b）无定形二氧化硅 ●为硅原子 ○为桥联氧原子 ⊙非桥联氧原子 阻挡层的内在机理 网络改变剂元素 杂质原子半径大于硅原子半径 网络形成剂元素 杂质原子半径小于或接近硅原子半径 实验表明存在于氧化硅介质薄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结构或网络改变结构的状况下，为什么B 、P、 SA等杂质在介质薄膜中以网络形成结构存在呢，这是因为这些杂质的离子半径很小且接近与硅的原子半径而十分容易取代或填充硅原子的位置以替位的方式构成四面体网络，并稳定在氧化膜介质中。 水汽氧化 通过蒸发生成的水蒸气与硅发生反应 氧化生长的模式 线性阶段的有效性是氧化物的厚度大哟是150?左右，等式为： 影响氧化物生长的因素 氧化剂分压 氧化温度 杂质对氧化物速率的影响 钠 钠往往以氧化物的形式进入二氧化硅网络中，导致网络中的养的数量的增加，一些SI-O-SI键受到破坏非桥键氧增多，这导致氧化剂很容易进入二氧化硅中，同时影响抛物线和线性氧化速率 硼、磷 在高浓度杂质的硅中，氧化速率也会大量增加，根据分凝效应，两种杂质在二氧化硅中的溶解度不同导致非桥联氧数目的不一样影响氧化速率，硼的分凝系数小于1在二氧化硅中的溶解度大，将影响抛物线生长，磷的分凝系数大于1，在二氧化硅的溶解度小，将影响线性生长。 氯 在氧化过程中加入氯可以改善二氧化硅的特性： （1）钝化可移动离子，尤其是钠离子 （2）增加了氧化层下面硅中少数载流子的寿命 （3）减少二氧化硅的缺陷，提高了氧化硅的抗击穿能力 （4）降低界面态密度和表面固定电荷密度 （5）减少了氧化层下的硅中由于氧化导致的堆积层错 （6）氯化物离子可使氧化速率提升10%—15%； 氧化过程中的分凝效应 硅在热氧化时所形成的界面随着热氧化的进行不断向硅中推进，原存在硅中的杂质将在界面两边在分布，直至达到界面两边的化学使相等。 实验证明杂质硼在的分凝系数小于1，磷的分凝系数大于 1 四种可能的再分布 （a）m1,在二氧化硅中是慢扩散的杂质，也就是说在分凝过程中杂质通过表面损失较少，硼就是这类。 （b）m1,在二氧化硅中是快扩散的杂质，因为大量的杂质通过二氧化硅表面跑到气体中去，为了要保证界面的分凝系数小于1，使硅表面的杂质浓度几乎降到零，氢气气氛中的硼就属于此类。 （c）m1，在二氧化硅中慢扩散的杂质，再分布之后导致硅表面附近的杂质浓度升高，磷就属于此类。 （d）m1，在二氧化硅中的快扩散的杂质，大量杂质通过二氧化硅表面进入气体中损失，硅中杂质只有不断的进入二氧化硅才能保证界面的分凝系数，镓就属于此类。 卧式炉扩散系统 卧式炉与立式炉的区别 立式炉系统示意图 RTP的主要优点： 减少热预算 硅中杂质运动最小 减少沾污，是由于冷壁加热 由于较小的腔体体积，可以达到清洁的气氛 更短的加工时间 传统立式炉和RTP之间的比较见下表 注入退火，以消出缺陷并激活和扩散杂质 淀积膜的致密，如淀积的氧化膜 硼磷硅玻璃回流 阻挡层退火，如氮化钛 硅化物形成，如硅化钛 接触合金 氧化工艺 氧化前的清洗 炉体及其相关设备的清洗和维护 工艺中化学物品的纯度 氧化气氛的纯度 硅片清洗和操作实践 氧化工艺菜单 为使热氧化发生，氧化炉设备中的某些工艺条件要遵循一定的特殊格式。 质量检测 高温炉设备 用于热工艺的基本设备： 卧式炉 立式炉 快速热处理（RTP） 立式炉 立式炉的主要控制系统： 工艺腔 硅片传输系统 气体分配系统 尾气系统 温控系统 加热器 1 加热器 2 加热器3 压力控制器 气体控制器 硅片传送控制器 舟装载器 尾气控制器 温度控制器 微控制器 硅片装载及卸载系统 舟电机驱动系统 石英舟 石英工艺腔 三温区加热器 气体仪表板 工艺气体钢瓶 尾气 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1200 1000 800 600 400 1200 1000 800 600 400 时间 (minutes) 时间 (minutes) 温度 (°C) 温度e (°C) 快速升降 传统 快速升温立式炉 能迅速将硅片温度升到加工温度，减少工艺稳定时间，工艺结束后能快速冷却。 传统与快速升温立式炉的温度曲线 快速热处理 在短时间内，将单个硅片加热至400°—1300°温度范围内的一种方法。 RTP的应用 * * 氧化膜 热生长、淀积→硅片上的氧化物，热生长氧化