[發(fā)明專利]一種硅片熱氧化濕氧工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010923895.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN111986993A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仝泉;周曉飛;田獻(xiàn)立;劉麗娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 麥斯克電子材料有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/316
• 分類號(hào): H01L21/316
• 代理公司: 洛陽公信知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 衛(wèi)煜睿

本發(fā)明的一種硅片熱氧化濕氧工藝，包括構(gòu)建硅片熱氧化濕氧工藝過程高純水加注量確定的步驟和方法，具體包括在氧化爐爐管后部設(shè)置計(jì)量泵和氣體噴頭；通過計(jì)量泵將高純水注入氣體噴頭；氣體噴頭將注入的高純水霧化成水汽注入氧化爐爐管，水汽進(jìn)入氧化爐爐管后，分解成氫氣和氧氣，與硅片發(fā)生反應(yīng)，在硅片表面形成氧化膜；通過調(diào)整計(jì)量泵注入氧化爐爐管內(nèi)純水的量控制硅片表面氧化膜的生長厚度。本發(fā)明提高了硅片氧化濕氧工藝的安全可靠性，減少了濕氧過程引入污染的幾率，通過控制計(jì)量泵注入純水的流量和濕氧工藝時(shí)間，可精準(zhǔn)控制硅片氧化工藝氧化膜的生長厚度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅片熱氧化濕氧工藝。

背景技術(shù)

目前，硅片熱氧化，是在硅片表面生長一層優(yōu)質(zhì)的氧化層對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體集成電路制造過程具有極為重要的意義。它不僅作為離子注入或熱擴(kuò)散的掩蔽層，而且也是保證器件表面不受周圍氣氛影響的鈍化層,它不光是器件與器件之間電學(xué)隔離的絕緣層，而且也是MOS工藝以及多層金屬化系統(tǒng)中保證電隔離的主要組成部分。因此了解硅氧化層的生長機(jī)理，控制并重復(fù)生長優(yōu)質(zhì)的硅化層方法對(duì)保證高質(zhì)量的集成電路可靠性是至關(guān)重要的；在硅片襯底加工過程中，為了檢驗(yàn)襯底內(nèi)部的微缺陷，同樣需要對(duì)硅片進(jìn)行熱氧化工藝模擬，以驗(yàn)證襯底硅片的熱穩(wěn)定性。

在硅片表面形成SiO2的技術(shù)有很多種：熱氧化生長，熱分解淀積(即CD法)，外延生長，真空蒸發(fā)，反應(yīng)濺射及陽極氧化法等。其中熱生長氧化在集成電路工藝中用得最多，其操作簡便，且氧化層致密，足以用作為擴(kuò)散掩蔽層，通過光刻易形成定域擴(kuò)散圖形等其它應(yīng)用。硅熱氧化工藝按所用的氧化氣氛可分為：干氧氧化和濕氧氧化。干氧氧化是以干燥純凈的氧氣作為氧化氣氛，在高溫下氧直接與硅反應(yīng)生成二氧化硅。傳統(tǒng)濕氧氧化工藝通常有兩種，一種是采用在鼓泡瓶內(nèi)加熱高純水作為水蒸汽源，用干燥氧氣通過加熱的水（常用水溫為95℃）所形成的氧和水汽混合物形成氧化氣氛，見附圖1。另外一種是通過向高溫石英管內(nèi)通入高純氫氣和氧氣，在石英反應(yīng)管進(jìn)口處直接合成水蒸汽的方法進(jìn)行水汽氧化，見附圖2。

但是，傳統(tǒng)的兩種工藝方式存在較大弊端：第一種通過加熱鼓泡瓶的濕氧工藝，首先加熱過程中鼓泡瓶為密閉壓力容器，存在較大安全隱患；其次，濕氧蒸汽氣路中用到的電磁閥芯為金屬材料，容易對(duì)系統(tǒng)造成污染；另外加熱鼓泡瓶蒸發(fā)水蒸氣的濕氧工藝無法精準(zhǔn)控制濕氧蒸汽量，工藝穩(wěn)定性不好。另外一種通過向高溫石英管內(nèi)通入高純氫氣和氧氣的濕氧工藝，氫氣屬于易燃易爆氣體，放置現(xiàn)場使用同樣存在較大安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種硅片熱氧化濕氧工藝，可以有效解決現(xiàn)有濕氧工藝的安全隱患，同時(shí)可以提高濕氧過程的控制精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種硅片熱氧化濕氧工藝，該濕氧工藝用到的系統(tǒng)包括氧化爐爐管、氣體噴頭、計(jì)量泵、氮?dú)夤蕖⒀鯕夤蓿鲅趸癄t爐管的后部設(shè)有相連的氣體噴頭和計(jì)量泵；

該濕氧工藝包括以下步驟：

S1：在系統(tǒng)中設(shè)置PFA高純水容器；

S2：所述PFA高純水容器上設(shè)有一進(jìn)氣口，在進(jìn)氣口內(nèi)設(shè)有高效過濾器，PFA高純水容器的其他地方進(jìn)行密閉處理；

S3：在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置所述氣體噴頭，氣體噴頭連通在氧化爐爐管的后端；

S4：在系統(tǒng)中設(shè)置計(jì)量泵，通過控制模塊與系統(tǒng)連接來自動(dòng)控制計(jì)量泵啟停，控制模塊實(shí)時(shí)調(diào)整計(jì)量泵的流量來控制濕氧過程注入純水的量，進(jìn)而控制硅片表面氧化膜的生長厚度；

S5：所述計(jì)量泵將高純水注入氧氣氣體連通管路，通過所述氣體噴頭將高純水霧化，生成氧氣和水汽的混合氣體，通入氧化爐爐管內(nèi)，并分解成氫氣和氧氣，與硅片發(fā)生反應(yīng)，在硅片表面形成氧化膜，實(shí)現(xiàn)濕氧工藝。

進(jìn)一步的，所述計(jì)量泵、氮?dú)夤蕖⒀鯕夤夼c氣體噴頭之間分別通過連通管路相連。