集成電路工藝講義

單擊以編輯母版標題樣式,單擊以編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2000.8,摻鉺光纖放大器,*,1 氧化工藝,一.用途 （？種）,二.氧化方法（？種）,三.質量監(jiān)測（？）,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,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,。,2.二氧化硅膜的掩蔽性質,B、P、As等雜質在SiO,2,的擴散系數遠小于在Si中的擴散系數。D,si,D,SiO2,SiO,2,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,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34（3.9）,（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PSGSiO,2,（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 SiO,2,界面附近（10,9,10,13,/cm,2,）-300退火,（5）氧化層上的離子沾污,4.Si-SiO,2,的界面特性及解決,Na+,+,+,Al,SiO,2,SiO,X,Si,Na+,Na+:可動離子,表面正負離子,+,氧化物陷阱電荷,:固定電荷,:界面陷阱電荷,5.Si-SiO,2,系統中的電荷(圖1-1),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)SiN,4,淀積 氧化4,(5)有源區(qū)光刻,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 SiN,4,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,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,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,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-SiO,2,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 SiO,2,界面附近，改善器件特性及可靠性。,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。,O Si,+,Cl,O,O,O Si,+,+Cl,O,O,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SiSi、SiO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CV曲線向負方向移動。,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1100N,2,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。,圖1-2 局部氧化及鳥嘴,普遍采用SiO,2,/Si,3,N,4,覆蓋開窗口,進行局部氧化,問題:1.存在鳥嘴,氧擴散到Si,3,N,4,膜下面生長SiO,2,有效柵寬變窄,增加電容 2.吸附硼(B+),四.局部氧化(LOCOS),P-Si,Si,3,N,4,場氧化層,SiO,2,鳥嘴,注硼,解決方法:,1.側壁掩膜(SWAMI),2.SiO,2,/Si,3,N,4,之間加應力釋放的多晶緩沖層(PBL),五.先進的隔離技術,0.25,多晶封蓋側墻場氧化（PELOX）0.25,(95),氮化硅復蓋隔離場氧化LOCOX（NCL）,(96),鳥嘴可控的多晶硅緩沖氧化（PELOX）,(97),淺槽隔離氧化（STI）,(98),全平面CMOS技術（PELOX）,(99),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,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、NH,3、,NO,2,惰性退火）,多層柵介質（低溫氧化層),(SiO,2,/Si,3,N,4,）(SiO,2,/Si,3,N,4,/SiO,2,),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CV法：t,ox,=,0,Sio2,A/C,max,2,.氧化膜針孔：陽極氧化、涂液晶法、氯氣腐蝕等,3.可動電荷：,CV特性測試,固定電荷N,f,可動電荷,總電荷,可動電荷,MOS,電容瞬態(tài)特性,作業(yè)：,