氧化速率同时也与掺杂物类型及浓度有关。重掺杂硅的氧化速率比低掺杂硅快。氧化过程中,硅中的硼原子倾向于被吸到二氧化硅内部造成硅与二氧化硅界面硅侧产生硼浓度的匮乏。N型掺杂物如磷、砷和锑有相反的效应。
氧化速率也与添加的气体有关,例如一般在栅氧化工艺中为了抑制移动离子添加HCI。HCI的存在使氧化速率提高10%左右。
干氧氧化的速率比湿氧氧化低,但是氧化薄膜的质量比湿氧氧化的高。所以薄的氧化层如屏蔽氧化层、垫底氧化层,特别是栅氧化层的生长一般采用干氧氧化工艺。下图所示为干氧氧化系统示意图。
氧化系统中通常有两种氮气源,一种有较高纯度,应用于氧化反应中;另一种纯度较低(费用也较低),用于净化反应室。氮是一种稳定气体,因此在氧化过程中,氮气总是作为钝化应用在系统闲置时、晶圆装载、温度提升、温度稳定和晶圆卸载过程。干氧氧化使用高纯度的氧气使硅氧化。氧化过程也使用氯化氢减少氧化物中的移动离子,并将界面电荷降到最低。
当温度超过1150℃时石英炉管开始下垂,因此氧化过程不能在这样高的温度下操作太久干氧氧化一般在1000℃左右温度下进行。通常采用HCI捕捉移动的金属离子,特别是钠离子,反应的结果使移动金属离子成为不可移动的氯化合物。由于少量的钠会导致MOS晶体管故障并影响IC芯片的性能和可靠性,因此添加HCI非常重要。
当单晶硅表面生长二氧化硅时,硅和二氧化硅的界面将会发生剧烈改变。由于晶体结构不能完全匹配,所以界面处总会有一些悬浮键存在(见下图)。这些悬浮键将产生所谓的界面电荷,界面电荷会强烈影响IC芯片性能和可靠性。这是因为IC芯片操作时,氢或某些原子将扩散到硅和二氧化硅界面并附着在悬浮键上,从而改变了界面电荷的数量和金属氧化物半导体晶体管的临界电压岩,进而影响IC元器件的性能。虽然在硅一二氧化硅(Si-Si02)界面总有一些悬挂键,但为了获得高稳定和高可靠性的元器件,尽量减少悬挂键数量非常重要。
将HCI加入氧化反应中,是将部分氯原子融入二氧化硅薄膜并和硅在硅一二氧化硅界面相互连结在一起,这将有助于减小悬浮键的数量并改善IC的可靠性0但是如果氯化氢浓度过高,多余的氯离子将会影响元器件的稳定性。
栅氧化层生长的一个典型干式氧化工艺顺序如下:
·闲置状态通入吹除净化氮气
·闲置状态通入工艺所需氮气
·工艺氮气气流下将晶舟推入炉管
·工艺氮气气流下升高温度
·工艺氮气气流下稳定温度
·关闭氮气,通入氧化用氧气和氯化氢
·关闭氧气开始通入氮气,进行氧化物退火
·工艺氮气气流下开始降温
·工艺氮气气流下将晶舟拉出
·闲置状态通入吹除净化氮气
·对下一批晶舟重复上述过程
·闲置状态通入净化氮气
FindRF最新快讯:
FindRF已经成为著名放大器品牌CPI的代理商,欢迎感兴趣的亲们直接联系[email protected]!