[发明专利]一种硅片热氧化湿氧工艺

说明书

本发明的一种硅片热氧化湿氧工艺，包括构建硅片热氧化湿氧工艺过程高纯水加注量确定的步骤和方法，具体包括在氧化炉炉管后部设置计量泵和气体喷头；通过计量泵将高纯水注入气体喷头；气体喷头将注入的高纯水雾化成水汽注入氧化炉炉管，水汽进入氧化炉炉管后，分解成氢气和氧气，与硅片发生反应，在硅片表面形成氧化膜；通过调整计量泵注入氧化炉炉管内纯水的量控制硅片表面氧化膜的生长厚度。本发明提高了硅片氧化湿氧工艺的安全可靠性，减少了湿氧过程引入污染的几率，通过控制计量泵注入纯水的流量和湿氧工艺时间，可精准控制硅片氧化工艺氧化膜的生长厚度。

技术领域

本发明属于半导体硅片生产技术领域，具体涉及一种硅片热氧化湿氧工艺。

背景技术

目前，硅片热氧化，是在硅片表面生长一层优质的氧化层对整个半导体集成电路制造过程具有极为重要的意义。它不仅作为离子注入或热扩散的掩蔽层，而且也是保证器件表面不受周围气氛影响的钝化层,它不光是器件与器件之间电学隔离的绝缘层，而且也是MOS工艺以及多层金属化系统中保证电隔离的主要组成部分。因此了解硅氧化层的生长机理，控制并重复生长优质的硅化层方法对保证高质量的集成电路可靠性是至关重要的；在硅片衬底加工过程中，为了检验衬底内部的微缺陷，同样需要对硅片进行热氧化工艺模拟，以验证衬底硅片的热稳定性。

在硅片表面形成SiO2的技术有很多种：热氧化生长，热分解淀积(即CD法)，外延生长，真空蒸发，反应溅射及阳极氧化法等。其中热生长氧化在集成电路工艺中用得最多，其操作简便，且氧化层致密，足以用作为扩散掩蔽层，通过光刻易形成定域扩散图形等其它应用。硅热氧化工艺按所用的氧化气氛可分为：干氧氧化和湿氧氧化。干氧氧化是以干燥纯净的氧气作为氧化气氛，在高温下氧直接与硅反应生成二氧化硅。传统湿氧氧化工艺通常有两种，一种是采用在鼓泡瓶内加热高纯水作为水蒸汽源，用干燥氧气通过加热的水（常用水温为95℃）所形成的氧和水汽混合物形成氧化气氛，见附图1。另外一种是通过向高温石英管内通入高纯氢气和氧气，在石英反应管进口处直接合成水蒸汽的方法进行水汽氧化，见附图2。

但是，传统的两种工艺方式存在较大弊端：第一种通过加热鼓泡瓶的湿氧工艺，首先加热过程中鼓泡瓶为密闭压力容器，存在较大安全隐患；其次，湿氧蒸汽气路中用到的电磁阀芯为金属材料，容易对系统造成污染；另外加热鼓泡瓶蒸发水蒸气的湿氧工艺无法精准控制湿氧蒸汽量，工艺稳定性不好。另外一种通过向高温石英管内通入高纯氢气和氧气的湿氧工艺，氢气属于易燃易爆气体，放置现场使用同样存在较大安全隐患。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种硅片热氧化湿氧工艺，可以有效解决现有湿氧工艺的安全隐患，同时可以提高湿氧过程的控制精度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种硅片热氧化湿氧工艺，该湿氧工艺用到的系统包括氧化炉炉管、气体喷头、计量泵、氮气罐、氧气罐，所述氧化炉炉管的后部设有相连的气体喷头和计量泵；

该湿氧工艺包括以下步骤：

S1：在系统中设置PFA高纯水容器；

S2：所述PFA高纯水容器上设有一进气口，在进气口内设有高效过滤器，PFA高纯水容器的其他地方进行密闭处理；

S3：在系统内设置所述气体喷头，气体喷头连通在氧化炉炉管的后端；

S4：在系统中设置计量泵，通过控制模块与系统连接来自动控制计量泵启停，控制模块实时调整计量泵的流量来控制湿氧过程注入纯水的量，进而控制硅片表面氧化膜的生长厚度；

S5：所述计量泵将高纯水注入氧气气体连通管路，通过所述气体喷头将高纯水雾化，生成氧气和水汽的混合气体，通入氧化炉炉管内，并分解成氢气和氧气，与硅片发生反应，在硅片表面形成氧化膜，实现湿氧工艺。

进一步的，所述计量泵、氮气罐、氧气罐与气体喷头之间分别通过连通管路相连。