掃碼添加微信，獲取更多半導體相關資料
本文報告了證明硅的預氧化清洗對5種不同清洗程序的氧化動力學的影響的實驗結(jié)果。這些清洗處理包括簡單地沖洗以及nh4OH-HHCI-H202和HF溶液的組合。在低厚度下計算的不同速率表明了界面效應對初始氧化狀態(tài)的影響。在高厚度計算的速率差異表明，由于清潔處理，氧化物結(jié)構(gòu)的變化，這是由折射率的橢偏距測量表明氧化物密度的變化。使用不同的預氧化前清洗程序可以通過硅的熱氧化來改變二氧化硅的生長速率。本文描述了硅表面處理后的氧化動力學的類似研究結(jié)果。選擇這些化學處理方法進行研究，因為它們構(gòu)成了那些在廣泛使用的RCA清潔劑中。結(jié)果表明，氧化動力學在所研究的整個厚度范圍內(nèi)都發(fā)生了變化，即24-430nm。
經(jīng)過一系列實驗，8次氧化處理的厚度與時間的數(shù)據(jù)如圖1所示。所繪制的厚度是至少4個測量的平均值，2個樣本中每個至少2個測量。前四種氧化時間小于200分鐘，只含有“不清潔”、“僅堿”、“僅酸”和“堿+酸+HF”樣品。為了更好地了解高頻預處理對氧化的影響，我們加入了“NoClean+HF”組。首先，需要注意的是，每次氧化的相對厚度順序都是相同的?！皦A+酸+HF”總是有最厚的氧化物，所有的氧化作用都與相對厚度一致，這有力地證明了預氧化處理對氧化動力學有顯著影響。
?
圖 2
圖1數(shù)據(jù)的另一個主要特征是這些點在較短的氧化時間下聚類，隨后在較長的氧化時間下發(fā)散。當比較“僅酸”和“只堿”組與其他三組時，這一點尤其明顯。為了進一步研究這種差異，我們測定了不同厚度下不同基團的氧化率。為了避免使用任何特定的硅氧化模型來計算速率，它們是通過數(shù)值方法確定的，只需取適合數(shù)據(jù)的解析函數(shù)的導數(shù)。通過在y軸上繪制時間(t)，在x軸上繪制厚度(L)，t-aL2+bL+c形式的二階多項式函數(shù)可以相當精確地擬合于數(shù)據(jù)點的任何子集。
氧化的后期階段由氧通過氧化物向硅的擴散控制，從而產(chǎn)生拋物線速率。我們可以合理地假設，對硅的任何預氧化處理都將只影響硅表面，因此將主要影響氧化的線性或早期階段。因此，不同的化學清洗會對較薄的氧化物膜產(chǎn)生不同的氧化速率，如表1所示，隨著氧化物變厚，氧氣通過氧化物的擴散成為氧化過程中的限制步驟，因此由V界面引起的任何影響都會減少。
?
表 1
考慮到擴散被認為是重要的硅氧化速率生長后的氧化物，似乎275.0nm速率的差異可以通過假設二氧化硅本身以某種程度改變了所使用的化學處理來解釋。橢圓計法可以精確測量一定厚度范圍內(nèi)的二氧化硅的折射率。這些樣本的折射率指數(shù)被測量為“至少10次總測量”的平均值，即每組兩個樣本每人至少進行5次測量。在厚度接近n/2周期（其中n為奇數(shù)整數(shù)）時，誤差高達0.05，是儀器精度（0.01）的5倍，厚度和折射率小于千分之一的I的誤差。重復測量保證了每個樣品的折射率的精度，在適當?shù)暮穸确秶鷥?nèi)的測量保證了指數(shù)的精度。然而，在測量折射率的兩個橢圓距周期內(nèi)，“僅酸”“僅堿基”對和“堿基+酸+HF”“NoClean+HF”對之間確實存在顯著差異。“堿+酸+HF”“沒有清潔+HF”對最高的氧化速率和最低密度而“酸”“只有堿”對最慢的速率但最高密度的“沒有清潔”組在這兩對之間與相應的中間速率和密度。速率和密度之間的相關性是根據(jù)一項已發(fā)表的研究所預期的，該研究表明，較低密度的氧化物可以使氧通過氧化物更快地擴散，從而產(chǎn)生更快的氧化速率。
范圍表明，化學處理對硅的影響可能超出了初始氧化區(qū)域。到目前為止，還沒有很好地解釋為什么這些化學處理在大厚度下產(chǎn)生這樣的效果。在前面提到的研究中，發(fā)現(xiàn)了高二氧化硅折射率與慢氧化動力學的類似相關性，這種行為與氧化物的固有膜應力有關，這增加了氧化物的密度。