《集成電路工藝講義》PPT課件.ppt

1 1氧化工藝 一 用途 種 二 氧化方法 種 三 質(zhì)量監(jiān)測 2 一 用途 1 五種用途雜質(zhì)擴(kuò)散掩蔽膜器件表面保護(hù)或鈍化膜電路隔離介質(zhì)或絕緣介質(zhì)電容介質(zhì)材料MOS管的絕緣柵材料 3 1 二氧化硅膜的化學(xué)穩(wěn)定性極高 不溶于水 除氫氟酸外 和別的酸不起作用 氫氟酸腐蝕原理如下 二 二氧化硅膜的性質(zhì) 六氟化硅溶于水 利用這一性質(zhì)作為掩蔽膜 光刻出IC制造中的各種窗口 4 2 二氧化硅膜的掩蔽性質(zhì) B P As等雜質(zhì)在SiO2的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于在Si中的擴(kuò)散系數(shù) Dsi DSiO2SiO2膜要有足夠的厚度 一定的雜質(zhì)擴(kuò)散時(shí)間 擴(kuò)散溫度下 有一最小厚度 5 3 二氧化硅膜的絕緣性質(zhì) 熱擊穿 電擊穿 混合擊穿 a 最小擊穿電場 非本征 針孔 裂縫 雜質(zhì) b 最大擊穿電場 本征 厚度 導(dǎo)熱 界面態(tài)電荷等 氧化層越薄 氧化溫度越高 擊穿電場越低 介電常數(shù)3 4 3 9 6 1 可動(dòng)離子電荷 如Na 離子 Si表面負(fù)電荷 N型溝道 清洗 摻氯氧化工藝 PSG SiO2 2 固定氧化物電荷 過剩的Si 3 界面陷阱電荷 快態(tài)界面 分立 連續(xù)能級(jí) 電子狀態(tài) 4 氧化物陷阱電荷 Si SiO2界面附近 109 1013 cm2 300 退火 5 氧化層上的離子沾污 4 Si SiO2的界面特性及解決 7 5 Si SiO2系統(tǒng)中的電荷 圖1 1 8 三 P阱 CMOS制造流程中的氧化步驟 P阱 CMOS制造流程號(hào) 氧化步驟 1 初始氧化氧化1 2 阱區(qū)光刻 3 阱區(qū)注入推進(jìn)氧化2 3 4 SiN4淀積氧化4 5 有源區(qū)光刻 9 P阱 CMOS制造流程號(hào) 氧化步驟 續(xù)1 6 場區(qū)光刻及注入氧化5 7 場氧化及去除SiN4氧化6 場 8 柵氧化及P管注入氧化7 8柵 9 多晶淀積摻雜及光刻 10 P 區(qū)光刻及注入氧化9 11 N 區(qū)光刻及注入氧化10 12 PSG淀積及源漏區(qū)推進(jìn)氧化11 10 P阱 CMOS制造流程號(hào) 氧化步驟 續(xù)2 13 孔光刻 14 鋁濺射及光刻 15 PSG淀積氧化12 鈍化 16 光刻壓焊塊 11 2氧化方法 一 常規(guī)熱氧化1 三種氧化速度均勻重復(fù)性結(jié)構(gòu)掩蔽性水溫干氧 慢好致密好濕氧 快較好中基本滿足95 水汽 最快差疏松較差102 實(shí)際采用 干氧 濕氧 干氧 12 二 水汽氯化氫氧化1 摻氯氧化機(jī)理 HCl氧化中的反應(yīng) 氯在Si SiO2界面處以氯 硅 氧復(fù)合體形式存在 它們與氧反應(yīng) 釋放出氯氣 因電中性作用氯氣對(duì)Na 有吸附作用 將Na 固定在Si SiO2界面附近 改善器件特性及可靠性 13 氯使界面處的硅形成硅空位 吸收本征層錯(cuò)中的過多的硅原子 減少層錯(cuò) 2 摻氯氧化膜的負(fù)偏壓不穩(wěn)定性摻氯氧化膜加負(fù)偏壓時(shí) 高溫負(fù)電場會(huì)破壞Si Si Si O鍵 變形或破裂 增加固定氧化物電荷和界面陷阱電荷密度 使C V曲線向負(fù)方向移動(dòng) 14 三 其他常用氧化 1 氫氧合成氧化氫氧合成水 汽化 水汽氧化比濕氧優(yōu) 均勻 重復(fù)性好2 低溫氧化 缺陷少 1000 以下 但鈍化效果差 加1100 N2退火3 高壓氧化 指高壓水汽氧化 高密度 高折射率低腐蝕速率 雜質(zhì)分凝效應(yīng)小 15 圖1 2局部氧化及鳥嘴普遍采用SiO2 Si3N4覆蓋開窗口 進(jìn)行局部氧化 問題 1 存在鳥嘴 氧擴(kuò)散到Si3N4膜下面生長SiO2 有效柵寬變窄 增加電容2 吸附硼 B 四 局部氧化 LOCOS 16 解決方法 1 側(cè)壁掩膜 SWAMI 2 SiO2 Si3N4之間加應(yīng)力釋放的多晶緩沖層 PBL 17 18 五 先進(jìn)的隔離技術(shù)0 25 多晶封蓋側(cè)墻場氧化 PELOX 0 25 9 5 氮化硅復(fù)蓋隔離場氧化LOCOX NCL 9 6 鳥嘴可控的多晶硅緩沖氧化 PELOX 9 7 淺槽隔離氧化 STI 9 8 全平面CMOS技術(shù) PELOX 9 9 19 20 21 22 23 六 柵介質(zhì) 1 超大規(guī)模IC所需的薄柵氧化層 100A 要求 低缺陷 抗雜質(zhì)擴(kuò)散的勢(shì)壘特性 低界面態(tài)密度和固定電荷 熱應(yīng)力和輻射穩(wěn)定性 24 2 解決方法 預(yù)氧化清洗 濕法 干法 HF 改進(jìn)氧化工藝 高溫快速氧化 厚氧化層高壓氧化 化學(xué)改善氧化工藝 Cl F NH3 NO2惰性退火 多層?xùn)沤橘|(zhì) 低溫氧化層 SiO2 Si3N4 SiO2 Si3N4 SiO2 25 七 質(zhì)量檢測 1 厚度測量 干涉法 劈尖磨角 雙光干涉 比色橢偏儀高頻C