Talaş üretiminin ikinci-seviye oksidasyonu: RTO hızlı termal oksidasyon

Çip üretiminin nano dünyasında, her oksit filmi transistör performansının temel taşıdır. Süreç,-7nm altı düğüme girdiğinde, geleneksel fırın borusu oksidasyon süreci, aşırı ısı bütçesi ve eşit olmayan kalınlık nedeniyle eskime tehlikesiyle karşı karşıya kalırken, hızlı termal oksidasyon (RTO) teknolojisi, ikinci düzey tepkisi ve atom düzeyindeki doğruluğu nedeniyle üst-uç çip üretiminde önemli bir süreç haline geldi.

I. RTO nedir?

Milisaniye-seviyesinde yüksek-sıcaklıkta oksidasyon sanatı RTO (Hızlı Termal Oksidasyon), ultra-ince oksit tabakasının büyümesini çok kısa bir sürede (1-10 saniye) gerçekleştiren bir teknolojidir ve temel özellikleri şunlardır: ısıtma hızı: 50-150 derece/s (geleneksel fırın tüpleri yalnızca 5-10 derece/dak'dır); Sıcaklık aralığı: 800-1100 derece; Kalınlık kontrolü: 1-10 nm, doğruluk ±0,01 nm'ye kadar.

Geleneksel fırın tüpü oksidasyonuyla karşılaştırma:

Parametreler Geleneksel fırın tüpü oksidasyonu RTO hızlı termal oksidasyon

Isıtma süresi 30-60 Dakika 5-10 Saniye

Isı Bütçesi Yüksek (dopinge ve yayılmaya yol açması kolay) Çok

Kalınlık bütünlüğü ±%2 ±%0,5

Arayüz kusur yoğunluğu 10¹¹ cm⁻² 10¹⁰ cm⁻².

II.RTO'nun temel rolü: arayüz optimizasyonu

1. Yüksek-k ortamı için mükemmel ortak: 28 nm'nin altındaki HKMG sürecinde, RTO'lar, HfO₂ ve silikonun arayüz özelliklerini optimize etmek için 0,5-1,2 nm arayüzde SiO₂ katmanlarını büyütür; Eşdeğer oksit tabakası kalınlığı (EOT) 0,8 nm'ye düşürüldü ve kaçak akım 100 kat azaltıldı.

FinFET'in üç-boyutsal uyarlanabilirliği, geleneksel süreçlerin "kenar peroksidasyonunu" önlemek için yüzgecin (Fin) üç-boyutlu yüzeyinde tek biçimli oksidasyon sağlar; Intel'in 14nm FinFET'inde RTO, kanatçığın üst kısmının yan duvar oksit katmanından sapmasını kontrol eder.<0.1 nm.

Ultra sığ bağlantı noktasının termal bütçesi kontrol edildi Kaynak-drenaj uzatma bölgesine enjeksiyondan sonra, RTO katkılı atomları 1050 derece/2 saniye hızla etkinleştirirken bor difüzyon mesafesini 2 nm dahilinde bastırdı.

4. Nanoyapıdaki kusurların onarılması Atomik oksijen (O*), silikon yüzeyindeki süspansiyon bağlarını doldurarak arayüzey durum yoğunluğunu 10¹⁰ cm⁻²'nin altına düşürür ve taşıyıcı hareketliliğini %20 artırır.

0010-20129 6" Tampon Blade Düzeneği

III.RTO'nun reaksiyon mekanizması

Reaksiyon denklemi

Si(s) + O₂(g) → SiO₂(s) (Kuru oksijen oksidasyonu)
Si(ler) + 2H₂O(g) → SiO₂(s) + 2H₂(g) (Islak oksijen oksidasyonu)

Üç-aşamalı reaksiyon süreci
1. Başlangıçtaki doğrusal büyüme (0-2 nm):
Oksijen molekülleri doğrudan silikonla reaksiyona girer ve hız, yüzey reaksiyon kinetiği ile kontrol edilir;

Sıcaklıktaki her 100 derecelik artışta büyüme hızı 3 kat artar.

Parabolik difüzyon kontrolü (2-10 nm): oksijen atomlarının oluşturulan SiO₂ katmanına nüfuz etmesi gerekir ve difüzyon katsayısı oranı belirler;

Deal-Grove modelini takip ederek: kalınlık² ∝ zaman × yayılma katsayısı.

3. Arayüzün yeniden yapılandırılması (oksidasyondan sonra): 1070 derecede, silikon atomları, gerilimsiz-bir arayüz oluşturmak için 0,1 saniye içinde yeniden düzenlenir; açığa çıkan hidrojen atomları geri kalan süspansiyon bağlarını pasifleştirir.

IV.RTO sürecinin tüm süreci

Örnek olarak 5 nm düğümdeki arayüz oksidasyonunu alın:

1. Birincil oksit tabakasını çıkarmak için levha ön işlemi HF3H2O buharla temizleme (kalınlık < 0,2 nm); Kavitedeki oksijen içeriği < 1 ppm olan argon temizlemesi.

2. Hızla ısınan tungsten halojenür dizisi, levhayı 3 saniyede 400 dereceden 900 dereceye ısıtır; Arkadaki kızılötesi sıcaklık ölçümüyle ilgili gerçek-zamanlı geri bildirim, sıcaklık kontrol doğruluğu ± 1 derece.

3. Oksidasyon Reaksiyonları (Anahtar Adımlar)

Parametre Set Değeri Fonksiyonu
Sıcaklık 900 derece, büyüme oranını ısı bütçesiyle dengeler

Hassas kalınlık kontrolü0,8-1,2 nm
Oksijen akışı yeterli reaktanı garanti eder
Gaz adsorpsiyonunu artırmak için basıncı kontrol edin
4. Hızlı soğutma
Güç kaynağını kestikten sonra 0,5 saniye içinde 600 dereceye kadar soğutun;
Helyum geri soğutması levhanın bükülmesini önler.
5. Kalite denetimi
Elipsometre ölçüm kalınlığı (doğruluk ± 0,01 nm);