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华林科纳讲解氧化物涂层晶圆概述 – SiO 2


华林科纳讲解氧化物涂层晶圆概述 – SiO 2


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当应用于硅（Si）、玻璃和其他材料时 ， 二氧化硅（SiO2）涂层提供介电层或钝化层 ， 用于半导体、MEMS、生物医学、储能设备和其他应用的晶片类型 。
正确指定晶片类型、其特性和应用的氧化物涂层是制造器件的关键
按预期运行 。
半导体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化合物半导体
?蓝宝石和碳化硅（SiC）
所有上述材料类型均可提供二氧化硅（SiO2）或氮氧化硅（SiOxNy）涂层绝缘体 。 它们可以在一面或两面涂上氧化物 ， 也可以在抛光面涂上氧化物 ， 就像在表面一样 ， 单面抛光晶片的蚀刻抛光面 。
如果计划蚀刻到某一层或设备 ， 则背面涂层可用作掩蔽层正面制作；湿法和干法蚀刻工艺都可以实现很好的选择性 。
直径在50到300mm之间的晶片可以用SiO2或SiOxNy进行氧化物涂层 ， 并可以在小批量或大批量运行 ， 或在单晶片规模的反应器中运行 ， 取决于沉积生长速率和晶片数量必修的 。
以下列出了每种绝缘体材料的工艺和一些应用
这种涂层是最古老的半导体工艺之一 ， 追溯到20世纪50年代 ， 硅首次被要求氧化成在MOS器件中产生绝缘层 。
晶片通常分25批装入石英舟中 ， 垂直固定晶片 ， 晶片之间留有规定的空间 ， 然后使用管式炉对船只进行处理 ， 在那里船只缓慢移动加热（以防止硅的热应力）至1020o左右

这是最常用的氧化温度 。

然后将其保持在该温度下 ， 以使其生长所需的时间 ， 所需的氧化物厚度 ， 然后缓慢冷却到怠速或室温下 ， 船只卸载 。 这种方法在生长过程中支撑晶片说明它们几乎始终在两侧氧化 ， 必须通过使用抗蚀剂保护正面并剥离表面来去除氧化物 ， 使用缓冲HF（BHF）去除背面氧化物 ， 直到表面在冲洗时再次变得疏水 。

硅对氧有很大的亲和力 ， 氧很容易吸附在硅表面 ， 并通过氧化物传输到硅表面

Si界面 ， 额外的SiO2在此处生长 。 提高或降低生长温度将提高或降低生长速度显著下降 。 1965年 ， 飞兆半导体公司的两位科学家模拟了这一系列氧化物的生长 ，

B、 E.Deal和A.S.Grove ， 被称为“Deal Grove模型” ， 今天用于预测增长率 。

以这种方式生长的氧化物是化学计量的 ， 折射率是可靠的（632nm处为1.46） 。 颜色

电影也非常可靠 ， 可以在白光下轻松观看 ， 并与标准进行广泛比较

可用颜色图表

【华林科纳讲解氧化物涂层晶圆概述 – SiO 2】
有两种常用的热氧化工艺；干氧化物和湿氧化物 。 当所需的氧化物厚度较小时 ， 使用干氧化物 ， 因为该过程较慢 ， <100>Si的生长速率为通常为80至100nm 。 1020°时的hr-1C、 提高或降低生长温度将提高或降低生长速率明显地 。 顾名思义 ， 干氧化过程使用干燥的分子氧源 ， 例如压缩空气油箱 。 氧气罐将没有水污染 ， 由此产生的氧化过程产生的多孔SiO2膜 。 湿氧化物工艺以蒸汽为前驱体 ， 通过使氧气原料气通过加热空气鼓泡获得烧瓶中的去离子水 ， 直至其饱和 。 在该过程中添加H2O可提高<100>Si的生长速率290-310nm 。 1020°时的hr-1C在氧化物生长之前 ， 可以使用盐酸（HCl）去除硅中的天然氧化物 ， 这可以减少氧化物/硅界面的态密度 ， 并提高其作为电介质的性能 。 HCl的存在也提高氧化层的生长速度 。 湿过程中H的存在增加了氧化物到界面的传输速率 。 生成的氧化物以46%到表面和54%到原始硅顶部的比例生长到硅和硅顶部表面换句话说 ， 整体晶圆厚度不会随着氧化层的深度而增加 ， 就像一些硅一样在氧化过程中消耗 。 影响生长速率的另一个因素是硅晶体取向 ， <111>硅的生长速率约为小于100>Si的1.7倍 。 这是因为在<111>平面上有更多的硅原子 ， 因此反应使用O2时速度更快 。 最后 ， 高掺杂硅（约10E19至10E20.cm-3）的氧化速度也比低掺杂硅快 。 由于热膨胀的差异 ， 热生长的氧化物表面通常具有压应力在硅和二氧化硅之间 ， 大约300MPa是典型的 。

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