半导体工艺基础第三章氧化分解.ppt

第 三 章 Oxidation 氧化 Oxidation氧化 简介 氧化膜的应用 氧化机理 氧化工艺 氧化设备 RTO快速热氧化 简介 硅与O2直接反应可得； SiO2性能稳定； 氧化工艺在半导体制造中广泛使用 Si + O2 → SiO2 氧化层简介 Oxidation 氧化层简介 Silicon 氧化膜的应用 掺杂阻挡层 表面钝化(保护) – Screen oxide, pad oxide, barrier oxide 隔离层 – Field oxide and LOCOS 栅氧化层 氧化层应用 掺杂阻挡氧化层 Much lower B and P diffusion rates in SiO2 than that in Si SiO2 can be used as diffusion mask 氧化层应用 表面钝化(保护)氧化层 Pad Oxide衬垫氧化层, Screen Oxide屏蔽氧化层 Sacrificial Oxide牺牲氧化层, Barrier Oxide阻挡氧化层 Normally thin oxide layer (~150Å) to protect silicon defects from contamination and over-stress. 氧化层应用 Screen Oxide 氧化层应用 Pad and Barrier Oxides in STI Process 氧化层应用 USG: Undoped Silicate Glass未掺杂硅酸盐玻璃 Application, Pad Oxide Relieve strong tensile stress of the nitride Prevent stress induced silicon defects 氧化层应用 牺牲氧化层 Sacrificial Oxide Defects removal from silicon surface 氧化层应用 器件隔离氧化层 临近器件的绝缘隔离 Blanket field oxide Local oxidation of silicon (LOCOS) Thick oxide, usually 3,000 to 10,000 Å 氧化层应用 Blanket Field Oxide Isolation 氧化层应用 LOCOS Process 氧化层应用 LOCOS Compare with blanket field oxide – Better isolation更好的隔离 – Lower step height更低台阶高度 – Less steep sidewall侧墙不很陡峭 Disadvantage缺点 – rough surface topography粗糙的表面形貌 – Bird’s beak鸟嘴 被浅的管沟(STI)所取代 氧化层应用 栅氧化层 Gate oxide: thinnest and most critical layer Capacitor dielectric 氧化层应用 氧化膜(层)应用 名称 应用 厚度 说明 自然氧化层 不希望的 15-20A 屏蔽氧化层 注入隔离，减小损伤 ~200A 热生长 掺杂阻挡层 掺杂掩蔽 400-1200A 选择性扩散 场氧化层和LOCOS 器件隔离 3000-5000A 湿氧氧化 衬垫氧化层 为Si3N4提供应力减小 100-200A 热生长很薄 牺牲氧化层 去除缺陷 1000A 热氧化 栅氧化层 用作MOS管栅介质 30-120A 干氧氧化 阻挡氧化层 防止STI工艺中的污染 100-200A 氧化层应用 Silicon Dioxide Grown on ImproperlyCleaned Silicon Surface 表面未清洗硅片的热氧化层 热氧化生长的SiO2层是无定形的 SiO2分子间趋于交联形成晶体 未清洗硅片表面的缺陷和微粒会成为SiO2的成核点 这种SiO2层的阻挡作用很差 氧化前需要清洗硅片表面 氧化前圆片清洗 颗粒 有机粘污 无机粘污 本征氧化层 RCA清洗 Developed by Kern and Puotinen in 1960 at RCA Most commonly used clean processes in IC fabs (1号液)－NH4OH:H2O2:H2O with 1:1:5 to 1:2:8 ratio at 70 to 80℃ to remove organic . (2号液)-- HCl:H2O2:H2O with 1:1:6 to 1:2:8 ratio at 70 to 80 ℃ to remove inorga