《集成电路工艺讲义》PPT课件.ppt

1 1氧化工艺 一 用途 种 二 氧化方法 种 三 质量监测 2 一 用途 1 五种用途杂质扩散掩蔽膜器件表面保护或钝化膜电路隔离介质或绝缘介质电容介质材料MOS管的绝缘栅材料 3 1 二氧化硅膜的化学稳定性极高 不溶于水 除氢氟酸外 和别的酸不起作用 氢氟酸腐蚀原理如下 二 二氧化硅膜的性质 六氟化硅溶于水 利用这一性质作为掩蔽膜 光刻出IC制造中的各种窗口 4 2 二氧化硅膜的掩蔽性质 B P As等杂质在SiO2的扩散系数远小于在Si中的扩散系数 Dsi DSiO2SiO2膜要有足够的厚度 一定的杂质扩散时间 扩散温度下 有一最小厚度 5 3 二氧化硅膜的绝缘性质 热击穿 电击穿 混合击穿 a 最小击穿电场 非本征 针孔 裂缝 杂质 b 最大击穿电场 本征 厚度 导热 界面态电荷等 氧化层越薄 氧化温度越高 击穿电场越低 介电常数3 4 3 9 6 1 可动离子电荷 如Na 离子 Si表面负电荷 N型沟道 清洗 掺氯氧化工艺 PSG SiO2 2 固定氧化物电荷 过剩的Si 3 界面陷阱电荷 快态界面 分立 连续能级 电子状态 4 氧化物陷阱电荷 Si SiO2界面附近 109 1013 cm2 300 退火 5 氧化层上的离子沾污 4 Si SiO2的界面特性及解决 7 5 Si SiO2系统中的电荷 图1 1 8 三 P阱 CMOS制造流程中的氧化步骤 P阱 CMOS制造流程号 氧化步骤 1 初始氧化氧化1 2 阱区光刻 3 阱区注入推进氧化2 3 4 SiN4淀积氧化4 5 有源区光刻 9 P阱 CMOS制造流程号 氧化步骤 续1 6 场区光刻及注入氧化5 7 场氧化及去除SiN4氧化6 场 8 栅氧化及P管注入氧化7 8栅 9 多晶淀积掺杂及光刻 10 P 区光刻及注入氧化9 11 N 区光刻及注入氧化10 12 PSG淀积及源漏区推进氧化11 10 P阱 CMOS制造流程号 氧化步骤 续2 13 孔光刻 14 铝溅射及光刻 15 PSG淀积氧化12 钝化 16 光刻压焊块 11 2氧化方法 一 常规热氧化1 三种氧化速度均匀重复性结构掩蔽性水温干氧 慢好致密好湿氧 快较好中基本满足95 水汽 最快差疏松较差102 实际采用 干氧 湿氧 干氧 12 二 水汽氯化氢氧化1 掺氯氧化机理 HCl氧化中的反应 氯在Si SiO2界面处以氯 硅 氧复合体形式存在 它们与氧反应 释放出氯气 因电中性作用氯气对Na 有吸附作用 将Na 固定在Si SiO2界面附近 改善器件特性及可靠性 13 氯使界面处的硅形成硅空位 吸收本征层错中的过多的硅原子 减少层错 2 掺氯氧化膜的负偏压不稳定性掺氯氧化膜加负偏压时 高温负电场会破坏Si Si Si O键 变形或破裂 增加固定氧化物电荷和界面陷阱电荷密度 使C V曲线向负方向移动 14 三 其他常用氧化 1 氢氧合成氧化氢氧合成水 汽化 水汽氧化比湿氧优 均匀 重复性好2 低温氧化 缺陷少 1000 以下 但钝化效果差 加1100 N2退火3 高压氧化 指高压水汽氧化 高密度 高折射率低腐蚀速率 杂质分凝效应小 15 图1 2局部氧化及鸟嘴普遍采用SiO2 Si3N4覆盖开窗口 进行局部氧化 问题 1 存在鸟嘴 氧扩散到Si3N4膜下面生长SiO2 有效栅宽变窄 增加电容2 吸附硼 B 四 局部氧化 LOCOS 16 解决方法 1 侧壁掩膜 SWAMI 2 SiO2 Si3N4之间加应力释放的多晶缓冲层 PBL 17 18 五 先进的隔离技术0 25 多晶封盖侧墙场氧化 PELOX 0 25 9 5 氮化硅复盖隔离场氧化LOCOX NCL 9 6 鸟嘴可控的多晶硅缓冲氧化 PELOX 9 7 浅槽隔离氧化 STI 9 8 全平面CMOS技术 PELOX 9 9 19 20 21 22 23 六 栅介质 1 超大规模IC所需的薄栅氧化层 100A 要求 低缺陷 抗杂质扩散的势垒特性 低界面态密度和固定电荷 热应力和辐射稳定性 24 2 解决方法 预氧化清洗 湿法 干法 HF 改进氧化工艺 高温快速氧化 厚氧化层高压氧化 化学改善氧化工艺 Cl F NH3 NO2惰性退火 多层栅介质 低温氧化层 SiO2 Si3N4 SiO2 Si3N4 SiO2 25 七 质量检测 1 厚度测量 干涉法 劈尖磨角 双光干涉 比色椭偏仪高频C