微电子工艺课件10zhang

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1、第十章氧化学习目标：1、描述半导体制造工艺中氧化膜，包括原子结构、各种用途以及它的优点；2、氧化的化学反应以及如何在Si上生长氧化物；3、解释选择性氧化并给出两个实例；4、识别三种热氧化工艺设备，描述立式炉体的五部分，并讨论快速升温立式炉的优点；5、解释什么是快速热处理、它的用途和设计；6、描述氧化工艺的经典概念，包括质检和一些常见的故障检查和排除。第十章氧化1、硅片表面热生长一层氧化层的能力是集成电路制造工艺的基础之一，也是硅片取代锗片成为微电子工业最重要基质材料的主要原因之一；2、氧化物掩蔽技术从而实现

2、对硅衬底选择性扩散掺杂；3、氧化层具有高质量、稳定的介质特性；4、用作栅结构（栅氧）、隔离（场氧）、氧化层屏蔽、应力消除（垫氧）；5、制备手段：CVD、PVD、SOG以及热生长。第十章氧化—10.1引言1、热生长或淀积；2、为第一道工序；3、热预算尽可能低（降温或减少时间）第十章氧化—10.1引言第十章氧化—10.2氧化膜1、无定形（非晶态）；2、1个Si原子被4个O原子包围的四面体；3、无长程序；第十章氧化—10.2氧化膜第十章氧化—10.2氧化膜氧化膜的用途：1、保护器件免划伤和隔离沾污；2、限制带电载

3、流子场区隔离（表面钝化）；3、栅氧或储存器单元结构中的介质材料；4、掺杂中的注入掩蔽；5、金属导电层间的介质层。第十章氧化—10.2氧化膜表面钝化：第十章氧化—10.2氧化膜第十章氧化—10.2氧化膜掺杂阻挡（不能用于Al、Ga等）：第十章氧化—10.2氧化膜第十章氧化—10.2氧化膜第十章氧化—10.2氧化膜第十章氧化—10.2氧化膜第十章氧化—10.2氧化膜第十章氧化—10.2氧化膜垫氧化层（减少Si3N4和Si衬底之间应力）：第十章氧化—10.2氧化膜注入屏蔽氧化层（减少注入沟道和注入损伤）：第十章氧

4、化—10.2氧化膜第十章氧化—10.3热氧化生长1、不同厚度对应不同的颜色（附录D）2、参数：厚度、均匀性、针孔和空隙3、干氧、湿氧4、氧化生长模式第十章氧化—10.3热氧化生长第十章氧化—10.3热氧化生长第十章氧化—10.3热氧化生长1、干氧Si（固）+O2（气）SiO2（固）2、湿氧Si（固）+2H2O（水汽）SiO2（固）+2H2（气）第十章氧化—10.3热氧化生长第十章氧化—10.3热氧化生长第十章氧化—10.3热氧化生长干氧和湿氧的比较第十章氧化—10.3热氧化生长第十章氧化—10.3.2热氧化

5、生长模式生长1000nm二氧化硅，需要消耗460nm硅（为什么？）第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式正常情况下，每个Si原子和4个O原子结合，每个O原子和2个Si原子结合。但是在Si/SiO2界面处有Si原子没有和O原子结合（悬挂键）。界面2nm内硅的不完全氧化是带正电的固定氧化物电荷区。1、通H2或N2-H2混合气低温退火可减少电荷密度（钝化悬挂键界面态）；2、含氯氧化过程也可以生成高质量低界面态的薄膜第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式氧化物生长速率（线性阶段

6、和抛物线阶段）：1、温度；2、压力；3、氧化方式（干氧、湿氧）；4、硅的晶向；5、掺杂水平。第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式线性阶段（15nm，反应速率控制）：X=(B/A)×t抛物线阶段（>15nm，扩散控制）：X=(Bt)1/2第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式影响氧化

7、物生长的因素1、温度、水汽2、掺杂效应（重掺的快）3、（111）>（110）>（100），但前者界面电荷堆积多4、压力效应，随压力增大而增大5、等离子体增强，减少热预算（可低于600℃为什么？）第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式初始生长阶段：无精确模型，栅氧的生长选择性氧化：利用SiO2来实现对硅片表面相邻器件的电隔离。0.25µm工艺之前采用LOCOS，用淀积氮化物薄膜作为氧化阻挡层。现在的主流工艺采用STI（浅槽隔离工艺）二氧化硅的应力、氧化诱生堆垛层错（OISF）【掺氯氧化减少层错】第十章氧化—1

8、0.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.3.2热氧化生长模式第十章氧化—10.4高温炉设备应用领域：热生长氧化物（栅氧、场氧和垫氧）、退火、烧结、膜淀积、玻璃体的回流和硅化物膜的形成。基本设备：1、卧式炉2、立式炉（自动化，减少颗粒沾污）3、快速热处理炉（RTP）（辐射源和冷却源）第十章氧化—10.4高温炉设备第十章氧化—10.4高温炉