常见的热氧化工艺

二.常见的各种氧化工艺

1.热氧化工艺

热生长氧化法-将硅片置于高温下，通以氧化的气氛，使硅表面一薄层的硅转变为二氧化硅的方法。

①常见的热氧化工艺类别及特点：

a 干氧氧化：

干氧氧化法-氧化气氛为干燥、纯净的氧气。氧化膜质量最好，但氧化速度最慢。

b水汽氧化：

水汽氧化法-氧化气氛为纯净的水汽。氧化速度最快，但氧化膜质量最差。

c湿氧氧化：

湿氧氧化法-氧化气氛为纯净的氧气+纯净的水汽。氧化膜质量和氧化速度均介于干氧氧化和水汽氧化之间。

②常见的热氧化工艺：

a方法：常采用干氧-湿氧-干氧交替氧化法。

b工艺条件：

温度：高温（常见的为1000℃-1200℃）。

时间：一般总氧化时间超过30分钟。

②氧化生长规律：

一般热氧化生长的二氧化硅层厚度与氧化时间符合抛物线规律。原因是：在氧化时存在氧化剂穿透衬底表面已生成的二氧化硅层的事实。

2.热分解淀积法：（工艺中也常称为低温淀积法或低温氧化法）

热分解淀积法-在分解温度下，利用化合物的分解和重新组合生成二氧化硅，然后将生成的二氧化硅淀积在衬底（可为任何衬底）表面上，形成二氧化硅层的方法。

①可见的低温氧化工艺类别及特点：

a.含氧硅化物热分解淀积法：

多采用烷氧基硅烷进行热分解，分解物中有二氧化硅，在衬底上淀积形成二氧化硅层。

b.硅烷（不含氧硅化物）热分解氧化淀积法：

硅烷热分解析出硅原子，与氧化剂（氧气）作用生成二氧化硅，在衬底上淀积形成二氧化硅层。

②常见的低温氧化工艺：

a.设备：采用低真空氧化淀积炉。

b.条件：

Ⅰ含氧硅化物热分解淀积法：

对常用的正硅酸乙酯：

T=750℃；真空度为托。

Ⅱ硅烷热分解氧化淀积法：

T>300 ℃（实际采用420 ℃），淀积时系统中通入氧气，真空度同上。

③低温氧化生长规律：

低温氧化（热分解淀积）生长的二氧化硅层厚度与氧化时间符合线性规律。原因是：在氧化时是在衬底表面上淀积二氧化硅，不存在氧化剂穿透衬底表面已生成的二氧化硅层的问题。

SiO2的制备方法：

热氧化法

干氧氧化

水蒸汽氧化

湿氧氧化

干氧－湿氧－干氧(简称干湿干)氧化法

氢氧合成氧化

化学气相淀积法

热分解淀积法

溅射法

化学汽相淀积(CVD)

化学汽相淀积(Chemical Vapor Deposition)：通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程

CVD技术特点：

具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点

CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等

常压化学汽相淀积(APCVD)

低压化学汽相淀积(LPCVD)

等离子增强化学汽相淀积(PECVD)

化学汽相淀积(CVD)

单晶硅的化学汽相淀积(外延)：一般地，将在单晶衬底上生长单晶材料的工艺叫做外延，生长有外延层的晶体片叫做外延片

二氧化硅的化学汽相淀积：可以作为金属化时的介质层，而且还可以作为离子注入或扩散的掩蔽膜，甚至还可以将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源

低温CVD氧化层：低于500℃

中等温度淀积：500～800℃

高温淀积：900℃左右

多晶硅的化学汽相淀积：利用多晶硅替代金属铝作为MOS器件的栅极是MOS集成电路技术的重大突破之一，它比利用金属铝作为栅极的MOS器件性能得到很大提高，而且采用多晶硅栅技术可以实现源漏区自对准离子注入，使MOS集成电路的集成度得到很大提高。

氮化硅的化学汽相淀积：中等温度(780～820℃)的LPCVD或低温(300℃) PECVD方法淀积

物理气相淀积(PVD)

蒸发：在真空系统中，金属原子获得足够的能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽原子，淀积在晶片上。按照能量来源的不同，有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种

溅射：真空系统中充入惰性气体，在高压电场作用下，气体放电形成的离子被强电场加速，轰击靶材料，使靶原子逸出并被溅射到晶片上