基于氧化工艺的二氧化硅层厚度的研究
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摘要：氧化工艺是集成电路工艺流程中一项重要工艺。本文对热氧化生成的二氧化硅层厚度进行了理论计算和实际测定，并列出了6个样品的干氧和湿氧时间、理论计算值、实际测值及产生的误差值,实验结果表明利用本文中的工艺参数能达到较好的工艺效果。
Abstract: The oxidation process is an important process in integrated circuit process. In this paper, the calculation and the actual measurement of thickness of silicon formed by thermal oxidation were did, and the dry and wet oxygen time, the theoretical value, theactual measured value and error value of six samples were listed, and the experimental results show that process parameters used in this paper can achieve better results.
关键词：氧化；二氧化硅；厚度控制
Key words: oxidation；silica；thickness control
作者简介：刘欢（1980-），男，辽宁沈阳人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为微电子方向等。
0 引言
单晶硅在自然界中，硅的氧化层具有多种功能，所以，在硅平面工艺中，氧化就是一个最重要的工艺。因为热氧化具有众多的优点，在工艺中，我们一般采用的是热生长氧化法。水汽氧化、干氧氧化以及湿氧氧化是包含于热氧化的三个方面。我们所针对与进行的是湿氧氧化同干氧氧化。继对硅片进行氧化之后，我们了解到，即使采用的是相似的参数，氧化层的厚度常常也会产生变化。为了能够对氧化层进行控制，本文计算了氧化层的厚度以及实测了样品，同时对导致偏差的因素进行了研究。
1 氧化工艺概述
氧化炉采用计算机监控与调温，石英管的内径为 181mm，恒温区长度约500mm。采用硅片直径为75.5mm，厚度为330um左右。为提高氧化层质量，采用高纯氧，且在供气管路中进行了除湿处理。
2 理论计算
N型和P型硅，在晶向为111的方向，700和1300摄氏度之间进行干氧和湿氧时，氧化层厚度公式为
x2+Ax・B（t+ε）=0（1）
解为：
x=■■（2）
公式中x为氧化层厚度，t为氧化时间，A为氧化线性速率常数，B为氧化的抛物线速率常数。表 1 所示为干氧氧化、湿氧氧化的氧化温度与时间的理论计算值和实际测量值。
表1说明，氧化层厚度经过各环节监控，误差在15%左右。但常会发生不确定因素，使工作条件波动，亦会有误差。
3 使用的方法
3.1 使干氧和湿氧不干扰 在热氧化中，干氧和湿氧生长二氧化硅的速率差很多倍。通常热氧化装置、湿氧经同一管路。当干氧和湿氧生长二氧化硅的时间相差不大时，因为在二氧化硅管路中通干氧时不可以杜绝湿气尚有部分水汽而产生湿氧条件。基于此，我们对管路进行改进，在通干氧的时候，把氧气管路直接地通入炉子；而在通湿氧的时侯，首先将氧气管路通入湿氧瓶，然后经过湿氧瓶再通入炉子。因此，在管路中也就避免了干氧氧化受到湿气的影响。
3.2 水浴温度 在湿氧形成二氧化硅的工艺中，生长速度一方面会受到湿氧中水汽的含量的影响；另一方面还会受到水浴槽的温度。为了能够实现参数稳定的目标，我们在控制好水浴槽的温度的同时，还应提前加热，旨在湿氧的前后维持固定。用湿氧前，应首先将水浴槽加热至95℃。因为在这个95℃有最稳定的温度。然后在湿氧的全过程维持这个温度，湿氧的温度条件固定。
3.3 温度控制 计算机对氧化炉的温度进行控制。我们使用热电偶对炉中石英管内温度进行测试，同时对显示器的温度值进行校对，旨在显示器能够显示出准确的温度值。在操作的时候，显示器对石英管的三个不一样点的温度做出显示，从而准确地体现出恒温区内的温度值。本氧化炉温度能够控制在-1℃至+1℃之内，所以，读取的氧化温度相对准确。
4 其他影响
4.1 石英管的影响 氧化层的厚度取决于石英管的长度和内径。由于在注入石英管特定量的氧气以及水汽时，将伴随着石英管内体积的大小，进而使气体的密度产生变化，这就充分地说明在确定理论值受到具体条件的影响的时候，需要经过多次的实验测试数据。
4.2 气体流量的影响 在上述数据中，氧气的流量是固定的，均是30L/h，要时刻考虑到流量计读数的要求。然而，在做氧化层的时候，氧气的流量有可能发生变化。氧化层受到氧气流量的影响，还同水汽量以及石英管容量等多种因素有关，同时在对流量参数对氧化层厚度的影响因子进行确定的时候，也要通过多次的实践。
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