高壓氧化工藝

高壓氧化必須使用特殊的硬件條件，下圖是高壓氧化系統(tǒng)的說(shuō)明圖。由于硬件條件的復(fù)雜性和安全因素，先進(jìn)半導(dǎo)體生產(chǎn)中并不常使用高壓氧化技術(shù)。

氧化層測(cè)量技術(shù)

監(jiān)測(cè)氧化層的技術(shù)就是測(cè)量氧化層的厚度和均勻性。橢圓光譜儀一般用于測(cè)量電介質(zhì)薄膜的折射率和厚度。當(dāng)光束從薄膜表面反射時(shí)，它的極化狀態(tài)將會(huì)改變（見(jiàn)下圖）。通過(guò)測(cè)量極化狀態(tài)的變化就可以獲得有關(guān)薄膜反射系數(shù)和厚度的信息。由于測(cè)量的橢圓數(shù)值是厚度的周期函數(shù)，所以必須使用一個(gè)薄膜厚度的估計(jì)值。因?yàn)橐阎趸鑼?duì)波長(zhǎng)為633nm光線(xiàn)（紅色 He-Ne激光）的折射系數(shù)為1.46,因此橢圓光譜儀也可以用來(lái)測(cè)量氧化層薄膜的厚度。

氧化層生長(zhǎng)完成之后，晶圓的表面顏色會(huì)隨之改變。顏色與薄膜厚度、折射系數(shù)和入射光的角度有關(guān)。如下圖所示，因?yàn)楣饩€(xiàn)2進(jìn)入氧化薄膜經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)的距離，所以從氧化層表面的反射光（光線(xiàn)1）和從硅-二氧化硅界面的反射光（光線(xiàn)2）將有相同的頻率但有不同相位。

這兩種反射光相互干涉并在不同波長(zhǎng)形成建設(shè)性和破壞性干涉，這是因?yàn)檎凵湎禂?shù)是波長(zhǎng)的函數(shù)。增強(qiáng)性的干涉頻率決定了晶圓的顏色。

△phi=2tn（lamda）/cos （theta）=2N pi

其中t是薄膜厚度，n（lamda）是薄膜折射系數(shù)，theta為入射角度，而N是一個(gè)整數(shù)。當(dāng)相位移△phi 大于2pi時(shí)，色彩模式將會(huì)重復(fù)。下表為二氧化硅厚度的顏色對(duì)照表。

下表在測(cè)量薄膜厚度時(shí)是非常方便的工具。雖然現(xiàn)在的IC生產(chǎn)都不再使用表,但該表仍用于快速估計(jì)氧化層厚度及查看有無(wú)明顯的非均勻性。

如果將具有一層較厚氧化層的晶圓放入氫氟酸溶液中，氫氟酸將會(huì)刻蝕二氧化硅。將晶圓緩慢拉出后，氧化層將會(huì)因刻蝕的時(shí)間不同而厚度不同，晶圓的顏色也不同。這樣可以制作出色彩呈周期性改變的晶圓，即所謂的彩虹晶圓。

要準(zhǔn)確測(cè)量二氧化硅的厚度就必須使用光反射光譜儀，它能夠測(cè)量不同波長(zhǎng)的光被反射后的強(qiáng)度，再通過(guò)光的波長(zhǎng)和反射強(qiáng)度之間的關(guān)系將薄膜的厚度計(jì)算出來(lái)。

對(duì)于柵氧化層，擊穿電壓和固定電荷的測(cè)量非常重要。通過(guò)在氧化層上沉積一層圖形化的導(dǎo)電層就可以形成所謂的金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容，通過(guò)這個(gè)電容就可以測(cè)量出擊穿電壓和固定電荷。當(dāng)施加了偏壓后，通過(guò)金屬氧化物半導(dǎo)體電容對(duì)電壓的關(guān)系或C-V曲線(xiàn)就可以獲得硅-二氧化硅界面的固定電荷分布。如果增加偏壓直到二氧化硅擊穿為止，就能夠測(cè)量出擊穿電壓的數(shù)值。結(jié)合250攝氏度的高溫測(cè)試可以通過(guò)熱應(yīng)力加速元器件發(fā)生故障的時(shí)間，從而可以預(yù)測(cè)元器件的壽命。下圖為C-V測(cè)量系統(tǒng)的說(shuō)明圖。

審核編輯：湯梓紅