VDMOS栅氧氧化工艺的研究.doc

VDMOS栅氧氧化工艺的研究 摘要为VDMOS栅氧工艺改进提出试验依据，通过了解氧化层的击穿机理和制备方法，以及收集mos电容耐压的测试结果，以提供合适的栅氧工艺。关键词：栅氧、击穿、MOS电容、再分布、Abstract：For offer improving G_OX(gate oxide) technic of VDMOS’s basis, by discussing breakdown principle and facure process of oxide-layer, and collecting the rearults of testing MOS’s capacitance breakdown voltage, to provide fitting G_OX(gate oxide) technic.Key Words：G_OX(gate oxide), breakdown, MOS’s capacitance, second’s distributing前言随着微电子产业，超大规模集成电路的飞速发展，MOS器件的尺寸在不断的减小。在器件尺寸等比缩小的同时，工作电压却没有相应的等比缩小，这就使得薄栅氧化层中的电场强度增大，器件的击穿电压降低，直接影响了器件的可靠性。因此，薄栅氧化层的击穿问题已经成为阻碍集成电路进一步发展的主要因素之一。如何改善栅氧化层的质量，提高器件电路的可靠性，已经成为当今微电子领域非常热门的话题之一。栅氧氧化层击穿机理：1 ．SiO2击穿现象Si02在施加高场时会发生致命击穿，根据击穿场强的大小可分成三种情形(1)击穿场强在8-12MV／cm称为本征击穿。发生本征击穿时SiO2无缺陷。(2)击穿场强1MV／cm，SiO2存在巨大缺陷，例如针孔。(3)击穿场强在2~6MV／cm，正常工作条件下会发生击穿。2． SiO2本征击穿的物理模型空穴产生和陷阱模型(hole generation and trap-ping model)该模型认为：由于FN(Fowler-Nordheim)隧道效应，有许多高能电子注入到SiO2导带，这些电子在SiO2中的电场作用下到达阳极并获得一定动能，一些高能电子在SiO2中碰撞产生电子空穴对，同时SiO2本身存在一些缺陷，如Si的悬挂键、杂质、微孔，这些区域成为吸附中心，空穴在这儿被俘获。随着正电荷在缺陷处的积累，隧道电流不断增加，当某点的氧化陷阱电荷密度Qot+达到临界值时，隧道电流突然增加发生击穿。? ?3．电子晶格损伤模型(electron lattice damagemodel)? ???晶格损伤模型认为：FN电子隧人SiO2导带，被SiO2中电场加速，在到达阳极时具有最大能量，能量在阳极附近释放形成原子型缺陷，如Si-O键的打破。这些缺陷带正电，可以吸收新的注入电子。遵循这种机理，缺陷在SiO2中长大，从阳极往阴极形成通路。开始是大量的小缺陷，其中最大的缺陷生长最快。它们也横向长出枝干，很象一棵树。在通路完全形成后，电容通过这条通路放电，将SiO2击穿。热生长氧化膜的制备1．干氧氧化：在高温下当氧气与硅片接触时，氧分子与表面的硅原子反应生成二氧化硅起始层，其反应式为：SI??+? ?O2??=??SIO2这种氧化方式制备的氧化层特点是：结构致密，但是氧化速度慢：表面是非极性的硅烷（SI—O—SI）结构，所以与光刻胶的粘附良好，不易产生俘胶现象。? ? 2．氢氧合成氧化：在常压下，把高纯的氢和氧通入石英管内，使之在一定的温度下燃烧生成水，水在高温下气化，然后水汽与硅反应生成SIO2 其反应式为：H2??+??O2??= H2O? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?2H2O??+??SI??=? ? SIO2??+? ? H2这种氧化方式制备的氧化层特点是：结构疏松，但是氧化速度快，质量不如干氧氧化的好，特别是氧化层表面是极性的硅烷醇，它她极易吸附水，所以与光刻胶的粘附性差。3．掺氯氧化：是继上述两种氧化方法之后出现的一种热氧化方式，即在干氧或湿氧中添加少量的氯化氢、三氯乙烯或含氯的气态物，比较常用的是氯化氢。在生成二氧化硅的同时，氯结合在氧化层中，并集中分布在SIO2—SI界面的SIO2一侧。其反应式为：4HCL??+? ?O2??=??2CL2? ?+??2H2O? ?? ?? ???2H2O??+??SI??=? ? SIO2??+? ? 2H2氯在界面的结构型式：? ?? ?? ? 掺氯氧化有如下主要作用：(1)可吸收、提取硅中有害的杂质：这是因为高温下氯可以和包括钠在内的多种金属杂质作用，生成挥发性的化合物，从反应室中排除的缘故。(2)集中分布在SIO2—SI界面附近的氯还能