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为什么生长再剥除氧化层不能恢复原硅表面

生长硅氧化层会在硅—氧化物边界消耗硅;剥除氧化层移走反应产物,却不会把已消耗的硅原子放回原来的晶格位置。因此,循环后裸露的硅表面可以位于与起始表面不同的边界。[T1]

追踪材料,而非只数可见层数

氧化过程中,硅成为氧化物网络的一部分。氧化物与被消耗硅的体积不同,外侧氧化物表面和内部硅边界的移动也不同。剥膜后看不见氧化层,不证明两条边界均回到起点。[T1]

沉积氧化物是一个有用对照。沉积把来自前驱体的材料送到已有表面;热生长则把衬底硅转成氧化物。实际沉积也可能引起界面反应,但不能因此把两者视为相同的材料收支。

Process checkpoint · 工艺坐标

40nmDGOXStep 69
工艺截面示意图 · 40nm BSI CMOS Image Sensor · 步骤 69

理解 Sacrificial Oxidation 的工艺作用

解释哪些衬底材料被转成牺牲氧化物,以及为何沉积覆盖层属于不同操作。

与「为什么生长再剥除氧化层不能恢复原硅表面」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · DGOX · Step 69

  1. 1. Sacrificial Oxidation
  2. 2. SACOX Removal
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牺牲循环为什么有用

牺牲氧化—剥膜顺序的目的是在形成正式介质前调节表面。转化并移除部分近表面材料,可以服务于这一目的。但改善需要条件,不能据此断言全部注入损伤与污染都位于被移走的区域。

最终栅介质在后面形成。去除牺牲氧化物并非把它变成最终栅氧,也没有免除对新界面的评价。

三状态共用虚线起始表面基准:原硅、生长氧化物、剥膜后后退的硅。

条件与反例

若缺陷延伸到消耗区下方,剥膜不能证明它们完全消失。氧化生长期间还可能发生掺杂热再分布;表面观察良好不能证明下方浓度分布未变。

反过来,观察到边界移动也不能单独证明界面质量变差。几何、污染、粗糙度与电活性缺陷是不同结果。应分别解释,不能把“裸露”当作“与原来一样”或“完美”。

将两个工位读成材料历史

在牺牲氧化处辨认被消耗的硅,在剥膜处辨认离开结构的氧化物,再用文字描绘初始硅边界、生长氧化物后移动的内部边界,以及剥膜后的硅表面。

当学习者能解释“牺牲氧化物剩余为零”为什么不等于“衬底净变化为零”,任务才完成。这一推理不需要厚度比、蚀刻配方或保证完全恢复的声明。

参考来源

[T1] 教科书2000

Silicon VLSI Technology - Full

James D. Plummer, Michael D. Deal, Peter B. Griffin

Silicon VLSI Technology · ISBN 978-0130850379

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常见问题

剥膜是氧化的逆过程吗?
不是。它移除氧化物,不重建已消耗的硅晶格。[T1]
循环能移除所有缺陷吗?
不一定。缺陷可能超出被转化区域,最终界面也需要另行评价。
这里的沉积氧化物等同于热生长氧化物吗?
不等同。两者的衬底材料收支不同,额外界面反应需要单独确定。[T1]

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