半导体制造工艺基本认识 二 氧化

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一、简介

晶圆的保护膜和绝缘膜是“氧化膜”(二氧化硅,SiO2)

二、氧化的作用

氧化过程的作用是在晶圆表面形成保护膜。它可以保护晶圆不受化学杂质影响、避免漏电流进入电路、预防离子植入过程中的扩散以及防止晶圆在刻蚀时滑脱。

流程

氧化过程的第一步是去除杂质和污染物，需要通过四步去除有机物、金属等杂质及蒸发残留的水分。

为啥4次清洗且每次都要清洗？

晶圆在每次的工艺处理过程中都会受到污染，所以要进行清洗和干燥。清洗和干燥是配套的，晶圆一定要在干燥的状态下从清洗设备里拿出来，这被称为“干进干出”(Dry-[n-Dry-0ut)。原因是如果晶圆处于含有水分的状态，晶圆表面就会加速氧化。另外，肉眼看不见的水滴残留也会造成水渍。因此，干燥是非常重要的

清洗方法

物理方法-超声波

一般常用的超声波清洗。超声波是人耳听不到的20kHz以上的振动波，利用振动去除附着在品圆表面的污染和颗粒。频率在100kHz以下的超声波和100kHz以上的超声波也都有使用，其产生的作用不同

化学方法-RCA清洗

RCA清洗是化学清洗的典型方法。它是20世纪60年代由RCA公司9的Kem和Puotinen提出的，使用化学溶液的组合作为清洗液，是化学清洗的代表方法。基本上针对各种污染的清洗液组合、混合比例、温度等都已确定。氨和双氧水(称为APM)的混合物也简称为“氨双氧水”，对去除有机污染和颗粒有效，这里叫作SC-1清洗，SC是SemiconductorClean的缩写。盐酸和双氧水的混合物称为HSM，简称为“盐酸双氧水”，对去除金属污染有效，这也称为SC-2清洗。此外，硫酸和双氧水的混合物称为SPM，简称为“硫酸双氧水”，可有效去除光刻胶及其残留物通常的清洗设备中都有盛放上述化学药品组合的清洗槽，

干燥工艺

晶圆清洗后，如果不马上干燥，表面会氧化，还会形成称为“水渍”的污染

干燥方法：

干燥方法-马兰戈尼

马兰戈尼干燥使用马兰戈尼力9，因此而得名。在这种方法中，当冲洗水槽喷出IPA和氮气的同时，将晶圆迅速拉起，并通过此时产生的马兰戈尼力去除水分，马兰戈尼干燥机理。IPA干燥也使用IPA，但在这种情况下，必须一直充满IPA蒸汽，这会增加IPA的使用量。与此相反，马兰戈尼干燥只需喷射IPA蒸汽，因此有减少IPA使用量的优点。这种方法是由欧洲设备制造商在20世纪90年代后期设计并进入市场的。

干燥方法-罗塔戈尼

罗塔戈尼(Rotagoni)干燥也是欧洲发明的干燥方法。它可以说是吸收了单片式甩干和马兰戈尼干燥的优点，其机理如图3-8-2所示。在图中的单片式旋转干燥机中高速旋转晶圆，进行旋转干燥的同时，从喷嘴吹出纯水和IPA蒸汽，IPA蒸汽朝着晶圆的外周方向一边吹一边进行干燥。此时，晶圆的外周方向会产生马兰戈尼力，因此马兰戈尼干燥会同时发生。由于在此也同时使用了自旋干燥，IPA的使用量可能会进一步减少

氧化流程

当晶圆暴露在大气中或化学物质中的氧气时就 会形成氧化膜。这与铁(Fe)暴露在大气时会氧化生锈是一样的道理。 可以在晶圆上形成薄膜的氧化工艺方式有通过 热进行的热氧化(Thermal Oxidation),等离子 体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)和电化 学阳极氧化等等。其中,最常用的方法是热氧化 法,即在800~1200°C的高温下形成一层薄而均 匀的硅氧化膜。 根据氧化反应所使用的气体,热氧化法可分为干 氧化(Dry Oxidation)和湿氧化(Wet Oxidation)。

干氧化：

只使用纯氧气(O2),所以氧 化膜的生长速度较慢,但氧化层薄而致密，主要用于形成薄膜,且可形成具有良好导电性的氧化物。

湿氧化：

同时使用氧气(O2)和高溶解性的水蒸气(H2O)。所以,氧化膜生长速度快,会形成较厚的膜。但与干氧化相比,湿氧化形成的氧化层密度低。通常,在相同 温度和时间下,通过湿氧化获得的氧化膜比使用干氧化获得的氧化膜要厚大约5至10倍。