氧化物涂層晶圓概述

當(dāng)應(yīng)用于硅(Si)、玻璃和其他材料時(shí)，二氧化硅(SiO2)涂層提供介電層或鈍化層，用于半導(dǎo)體、MEMS、生物醫(yī)學(xué)、儲(chǔ)能設(shè)備和其他應(yīng)用的晶片類型。

正確指定晶片類型、其特性和應(yīng)用的氧化物涂層是制造器件的關(guān)鍵

按預(yù)期運(yùn)行。

半導(dǎo)體晶片主要由以下材料之一制成：

?硅

?玻璃和熔融石英

?III-V或II-VI化合物半導(dǎo)體

?藍(lán)寶石和碳化硅(SiC)

所有上述材料類型均可提供二氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiOxNy)涂層絕緣體。它們可以在一面或兩面涂上氧化物，也可以在拋光面涂上氧化物，就像在表面一樣，單面拋光晶片的蝕刻拋光面。

如果計(jì)劃蝕刻到某一層或設(shè)備，則背面涂層可用作掩蔽層正面制作;濕法和干法蝕刻工藝都可以實(shí)現(xiàn)很好的選擇性。

直徑在50到300mm之間的晶片可以用SiO2或SiOxNy進(jìn)行氧化物涂層，并可以在小批量或大批量運(yùn)行，或在單晶片規(guī)模的反應(yīng)器中運(yùn)行，取決于沉積生長(zhǎng)速率和晶片數(shù)量必修的。

以下列出了每種絕緣體材料的工藝和一些應(yīng)用

這種涂層是最古老的半導(dǎo)體工藝之一，追溯到20世紀(jì)50年代，硅首次被要求氧化成在MOS器件中產(chǎn)生絕緣層。

晶片通常分25批裝入石英舟中，垂直固定晶片，晶片之間留有規(guī)定的空間，然后使用管式爐對(duì)船只進(jìn)行處理，在那里船只緩慢移動(dòng)加熱(以防止硅的熱應(yīng)力)至1020o左右

這是最常用的氧化溫度。

然后將其保持在該溫度下，以使其生長(zhǎng)所需的時(shí)間，所需的氧化物厚度，然后緩慢冷卻到怠速或室溫下，船只卸載。這種方法在生長(zhǎng)過(guò)程中支撐晶片說(shuō)明它們幾乎始終在兩側(cè)氧化，必須通過(guò)使用抗蝕劑保護(hù)正面并剝離表面來(lái)去除氧化物，使用緩沖HF(BHF)去除背面氧化物，直到表面在沖洗時(shí)再次變得疏水。

硅對(duì)氧有很大的親和力，氧很容易吸附在硅表面，并通過(guò)氧化物傳輸?shù)焦璞砻?/p>

Si界面，額外的SiO2在此處生長(zhǎng)。提高或降低生長(zhǎng)溫度將提高或降低生長(zhǎng)速度顯著下降。1965年，飛兆半導(dǎo)體公司的兩位科學(xué)家模擬了這一系列氧化物的生長(zhǎng)，

B、 E.Deal和A.S.Grove，被稱為“Deal Grove模型”，今天用于預(yù)測(cè)增長(zhǎng)率。

以這種方式生長(zhǎng)的氧化物是化學(xué)計(jì)量的，折射率是可靠的(632nm處為1.46)。顏色

電影也非?？煽?，可以在白光下輕松觀看，并與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行廣泛比較

可用顏色圖表

有兩種常用的熱氧化工藝;干氧化物和濕氧化物。

當(dāng)所需的氧化物厚度較小時(shí)，使用干氧化物，因?yàn)樵撨^(guò)程較慢，<100>Si的生長(zhǎng)速率為

通常為80至100nm。1020°時(shí)的hr-1

C、 提高或降低生長(zhǎng)溫度將提高或降低生長(zhǎng)速率

明顯地。顧名思義，干氧化過(guò)程使用干燥的分子氧源，例如壓縮空氣

油箱。氧氣罐將沒(méi)有水污染，由此產(chǎn)生的氧化過(guò)程產(chǎn)生的

多孔SiO2膜。

濕氧化物工藝以蒸汽為前驅(qū)體，通過(guò)使氧氣原料氣通過(guò)加熱空氣鼓泡獲得

燒瓶中的去離子水，直至其飽和。在該過(guò)程中添加H2O可提高<100>Si的生長(zhǎng)速率

290-310nm。1020°時(shí)的hr-1

C

在氧化物生長(zhǎng)之前，可以使用鹽酸(HCl)去除硅中的天然氧化物，這可以減少

氧化物/硅界面的態(tài)密度，并提高其作為電介質(zhì)的性能。HCl的存在也

提高氧化層的生長(zhǎng)速度。

濕過(guò)程中H的存在增加了氧化物到界面的傳輸速率。生成的氧化物

以46%到表面和54%到原始硅頂部的比例生長(zhǎng)到硅和硅頂部

表面換句話說(shuō)，整體晶圓厚度不會(huì)隨著氧化層的深度而增加，就像一些硅一樣

在氧化過(guò)程中消耗。

影響生長(zhǎng)速率的另一個(gè)因素是硅晶體取向，<111>硅的生長(zhǎng)速率約為

小于100>Si的1.7倍。這是因?yàn)樵?111>平面上有更多的硅原子，因此反應(yīng)

使用O2時(shí)速度更快。最后，高摻雜硅(約10E19至10E20.cm-3)的氧化速度也比低摻雜硅快。

由于熱膨脹的差異，熱生長(zhǎng)的氧化物表面通常具有壓應(yīng)力

在硅和二氧化硅之間，大約300MPa是典型的。

審核編輯：湯梓紅