Основные виды термического окисления

При производстве высокотехнологичных полупроводниковых приборов пленки SiO₂ обычно формируются с помощью процессов окисления для обработки поверхности подложки, и их обычное применение включает барьерные слои для легирующих примесей, слои поверхностной изоляции, слои оксидов затвора, полевые оксиды и жертвенные оксиды. В качестве основного процесса изготовления пластин, основанного на окислительной атмосфере, термическое окисление подразделяется на сухое окисление, влажное кислородное окисление и паровое окисление.

Сухое окисление

Сухое окисление проводят путем введения в реакционную камеру чистого и сухого кислорода. При высоких температурах молекулы кислорода реагируют с атомами кремния на поверхности пластины, образуя первоначальный слой SiO₂, блокируя прямой контакт между молекулами кислорода и поверхностью кремния. В последующем процессе окисления молекулы кислорода должны диффундировать через существующий слой SiO₂, чтобы достичь границы раздела Si/SiO₂ для дальнейшей реакции. По этой причине интерфейс Si/SiO₂ постоянно меняется, что приводит к неполному содержанию SiOₓ между конечным оксидным слоем и подложкой, что дополнительно приводит к образованию интерфейсных состояний. Слой SiO₂, образованный методом сухого окисления, имеет плотную структуру, превосходную однородность и отличную повторяемость процесса. Они прочно связываются с неполярным фоторезистом, предотвращают отслоение фоторезиста и обеспечивают высокое разрешение литографии, что делает их лучшим выбором для оксидных слоев, контактирующих с фоторезистом.

Окисление с примесью хлора является вариантом сухого окисления. В ходе процесса к сухому кислороду добавляют небольшое количество хлорсодержащих газообразных соединений, таких как газообразный хлор, хлористый водород, трихлорэтилен или трихлорэтан. Хлор внедряется в оксидный слой и накапливается вблизи границы раздела SiO₂/Si. Он улавливает подвижные ионы (например, ионы натрия) и дезактивирует их. При этом хлор образует на границе раздела комплексы Cl-Si-O, которые нейтрализуют интерфейсные заряды и заполняют кислородные вакансии. Это снижает плотность интерфейсных состояний и минимизирует дефекты внутри пленки SiO₂. При высоких температурах хлор вступает в реакцию с примесями, накопившимися в длительно используемых печах окисления, образуя летучие соединения, которые выбрасываются за пределы камеры. Таким образом, окисление с примесью хлора уменьшает примеси в кремнии, уменьшает количество центров рекомбинации и увеличивает время жизни неосновных носителей заряда.

Паровое окисление

При паровом окислении используется водяной пар внутри реакционной камеры. Водяной пар образуется из деионизированной воды высокой чистоты или в результате реакции сгорания газообразного водорода и кислорода. При высоких температурах пары воды реагируют с кремнием на поверхности пластины, образуя первоначальный слой SiO₂. Молекулы воды сначала реагируют с поверхностью SiO₂ с образованием силанольных групп (Si-OH). Эти группы диффундируют через оксидный слой к границе раздела SiO₂/Si и продолжают реагировать с атомами кремния. Большая часть образующегося водорода выходит из границы раздела, а часть соединяется с кислородом с образованием гидроксильных групп (-ОН).

Пленка SiO₂, полученная окислением паром, имеет силанольную структуру с немостиковыми атомами кислорода, где каждый атом кислорода связан только с одним атомом кремния. Такие оксидные пленки менее плотны и имеют плохую повторяемость процесса. Гидроксильные группы легко впитывают влагу и делают пленку полярной, что приводит к плохой адгезии с неполярным фоторезистом и частому отслаиванию фоторезиста. Благодаря рыхлой структуре паровое окисление протекает значительно быстрее, чем сухое.

Мокрое кислородное окисление

При влажном окислении кислорода газообразный кислород проходит через нагретую деионизированную воду высокой чистоты перед входом в реакционную камеру, так что кислород несет в себе определенную концентрацию водяного пара. Содержание водяного пара определяется температурой и скоростью потока газа. Этот процесс сочетает в себе характеристики сухого окисления и парового окисления. Скорость его окисления выше, чем при сухом окислении, но ниже, чем при паровом окислении. С точки зрения качества пленки влажное кислородное окисление уступает сухому окислению, но превосходит паровое окисление.

Semicorex предлагает высококачественныекварцевые лодкиикварцевые трубкидля процессов термического окисления. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Контактный телефон +86-13567891907.

Электронная почта: sales@semicorex.com