集成電路工藝講義

1、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)624242224sifhhfsifohsifhfsio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。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 dsio2 sio2 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(chǎng)（非本征）針孔、裂縫、雜質(zhì)。b.最大擊穿電場(chǎng)（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，

2、擊穿電場(chǎng)越低。 介電常數(shù)34（3.9）（ 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psgsio2（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（1091013/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na+ + + + + + + alsio2sioxsi na+na+:可動(dòng)離子 表面正負(fù)離子+ +氧化物陷阱電荷 : 固定電荷 :界面陷阱電荷5. si-sio2系統(tǒng)中的電荷(圖1-1)三.p阱cmos制造流程中的氧化步驟p阱cmo

3、s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 p阱cmos制造流程號(hào)氧化步驟(續(xù)1)(6)場(chǎng)區(qū)光刻及注入 氧化5(7)場(chǎng)氧化及去除 sin4 氧化6(場(chǎng))(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 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2 氧化方法一一.常規(guī)熱氧化常規(guī)熱氧化1.三種氧化三種氧化 速

4、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：干氧濕氧干氧二二.水汽氯化氫氧化水汽氯化氫氧化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。22223222212228136224coohhclclohlocohclohcl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)。o si+clooo si+ + cl oo2. 摻氯氧化膜

5、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(chǎng)會(huì)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(fù)方向移動(dòng)。三三. . 其他常用氧化其他常用氧化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1100n2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。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(zhǎng)sio2, 有效柵寬變窄,增加電容 2.吸附硼(b+)四四. . 局部

6、氧化局部氧化(locos)(locos)p-sisi3n4場(chǎng)氧化層sio2鳥嘴注硼解決方法: 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)五. 先進(jìn)的隔離技術(shù)0.25 =多晶封蓋側(cè)墻場(chǎng)氧化（pelox）0.25(95)=氮化硅復(fù)蓋隔離場(chǎng)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(shù)（pelox）(99)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)七七.質(zhì)量檢測(cè)質(zhì)量檢測(cè)1.厚度測(cè)量：干涉法：劈尖磨角，雙光干涉，比色橢偏儀高頻cv法：tox=0sio2a/cmax2.氧