《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 質量監(jiān)測 2 一 用途 1 五種用途雜質擴散掩蔽膜器件表面保護或鈍化膜電路隔離介質或絕緣介質電容介質材料MOS管的絕緣柵材料 3 1 二氧化硅膜的化學穩(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 六氟化硅溶于水 利用這一性質作為掩蔽膜 光刻出IC制造中的各種窗口 4 2 二氧化硅膜的掩蔽性質 B P As等雜質在SiO2的擴散系數(shù)遠小于在Si中的擴散系數(shù) Dsi DSiO2SiO2膜要有足夠的厚度 一定的雜質擴散時間 擴散溫度下 有一最小厚度 5 3 二氧化硅膜的絕緣性質 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 b 最大擊穿電場 本征 厚度 導熱 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 可動離子電荷 如Na 離子 Si表面負電荷 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 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 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 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)推進氧化11 10 P阱 CMOS制造流程號 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性結構掩蔽性水溫干氧 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 實際采用 干氧 濕氧 干氧 12 二 水汽氯化氫氧化1 摻氯氧化機理 HCl氧化中的反應 氯在Si SiO2界面處以氯 硅 氧復合體形式存在 它們與氧反應 釋放出氯氣 因電中性作用氯氣對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 吸收本征層錯中的過多的硅原子 減少層錯 2 摻氯氧化膜的負偏壓不穩(wěn)定性摻氯氧化膜加負偏壓時 高溫負電場會破壞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曲線向負方向移動 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 雜質分凝效應小 15 圖1 2局部氧化及鳥嘴普遍采用SiO2 Si3N4覆蓋開窗口 進行局部氧化 問題 1 存在鳥嘴 氧擴散到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 側壁掩膜 SWAMI 2 SiO2 Si3N4之間加應力釋放的多晶緩沖層 PBL 17 18 五 先進的隔離技術0 25 多晶封蓋側墻場氧化 PELOX 0 25 9 5 氮化硅復蓋隔離場氧化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 PELOX 9 9 19 20 21 22 23 六 柵介質 1 超大規(guī)模IC所需的薄柵氧化層 100A 要求 低缺陷 抗雜質擴散的勢壘特性 低界面態(tài)密度和固定電荷 熱應力和輻射穩(wěn)定性 24 2 解決方法 預氧化清洗 濕法 干法 HF 改進氧化工藝 高溫快速氧化 厚氧化層高壓氧化 化學改善氧化工藝 Cl F NH3 NO2惰性退火 多層柵介質 低溫氧化層 SiO2 Si3N4 SiO2 Si3N4 SiO2 25 七 質量檢測 1 厚度測量 干涉法 劈尖磨角 雙光干涉 比色橢偏儀高頻C