硅集成电路工艺基础2研讨.ppt

1 预氧化清洗 硅清洗工艺的基本准则是消除表面有机物、过渡金属、碱性离子和颗粒。清洗工艺由两步组成。第一步除去硅表面的有机物玷污，第二步通过形成金属络合物除去金属玷污。为了除去在第一步中生成的氧化硅，常增加一个中间步，用稀释的HF酸漂洗。 2 工艺与栅氧化硅质量的关系 栅氧化温度对栅氧化层质量有着重要的影响，高温氧化可得到具有较少界面态和较少固定电荷的更光滑的界面。因此为使栅氧化层有良好的特性和可靠性，应采用高温氧化，高温快速热氧化更适用ULSI中的MOS器件的栅氧化层生长工艺。 3 用化学方法改进栅氧化层 化学改进的立要目的是引入可控的杂质量，借以改进界面的特性，这些特性对SiO2的性能和可靠性是至关重要的。 Si-SiO2界面区由非理想配比单原子层和10-40?厚的应变SiO2层组成．非理想配比的单原子层起因于不完全氧化，应变区起因于硅和SiO2之间的晶格失配引起的压应力。为了改进电或辐射应力下MOS器件的可靠性， Si-SiO2界面本征应力的弛豫是一个重要技术。由于张应力存在于Si3N4-Si系统，因此掺入少量的氮可以抵消Si-SiO2界面的压应力。同样，加氟也可起到驰豫应力的作用。 4．CVD和叠层氧化硅 为了抑制与击穿有关的氧化硅薄膜缺陷密度，CVD氧化硅是一种更好的工艺，因为CVD氧化几乎不受硅衬底缺陷的影响。这种技术可用低温工艺，对于ULSIMOS工艺非常适合。 叠层氧化硅是由一个氧化硅垫层及其顶上的CVD氧化硅组成。叠层中的缺陷密度明显减少，是因为叠层中的各层缺陷的不重合的缘故，由于各层之间应力的补偿，使得Si-SiO2界面的应力接近零。 氧化物厚度的测量-椭偏法 氧化物厚度的测量-光反射法 2.7、Si-SiO2界面特性 在SiO2内和Si-SiO2界面中有四种类型的电荷，各种不同类型的电荷的符号和术语如下： (1)单位面积里可动离子电荷： Qm(C/cm2)； (2)单位面积里氧化层固定电荷： Qf(C/cm2)； (3)单位面积里界面陷阱电荷： Qit(C/cm2)； (4)单位面积里氧化层陷阱电荷： Qot(C/cm2)。 可动离子电荷：Qm(C/cm2) SiO2中最重要的可动离子电荷主要是以网络改变者形式存在的、荷正电的碱金属离子。由于Na+大量存在于环境中，因此是主要污染源。 存在于 SiO2 中的 Na+ ，即使在低于200℃的温度下，在氧化层中也具有很高的扩散系数。由于Na是以离子的形态存在，其迁移能力因氧化层中存在电场而显著提高，加在MOS器件绝缘层上的电场强度很大， Na+在电场作用下，可以有显著的漂移，将对器件参数产生重要影响。 为了降低Na+的玷污，可以在工艺过程中采取预防措施包括：①使用含氯的氧化工艺；②用氯周期性地清洗管道、炉管和相关的容器；③使用超纯净的化学物质；④保证气体及气体传输过程的清洁。另外保证栅材料不受玷污也是很重要的。 氧化层和栅材料中的可动离子数可以用C-V 技术来测量，称为偏温测试(B-T)。过程如下： 首先对MOS电容进行一次C-V 测试； 在栅极上加一个大约1MV/cm的正向偏压同时把器件加热到200~300℃。当到达预定温度时，栅极电压再维持10-30分钟，从而确保可动离子都到达了Si-SiO2界面。然后保持偏压，同时器件冷却至室温； 再次测量 C-V 特性； 两次测试(加温加压前和加温加压后)平带电压的变化ΔFB就等于Nm/qCox或Nmxox/qεoxε0，其中Nm (个/cm2)为单位面积里移动离子电荷数。 可动离子电荷的测量 氧化物C-V的测量 界面陷阱电荷：Qit(C/cm2) 界面态或称界面陷阱电荷Q f 是指存在于Si-SiO2界面、能量处于硅禁带中、可以与价带或导带能够方便交换电荷的那些陷阱能级或电荷状态。这些界面态是分布在硅的禁带之中，因此定义每单位能量上的界面陷阱密度为Dit，单位是：个/cm2eV。 如图表示，在禁带中Dit随能量变化的两组曲线。Dit的曲线是u字形，最低的地方在禁带的中间，最高处则在禁带的两边。 (111)硅在能带中间的陷阱密度大约比(100)硅要高5倍。 界面态使MOS晶体管的阈值电压漂移； 使MOS电容的C-V曲线发生畸变； 界面态还可以成为有效的复合中心，导致漏电流的增加； 减小MOS器件沟道的载流子迁移率，使沟道电导率减小，降低器件性能。 界面态密度与衬底晶向、氧化层生长条件和退火条件密切有关。在相同的工艺条件下、(111)晶向的硅衬底产生的界面