Kiibi tootmise teise-taseme oksüdatsioon: RTO kiire termiline oksüdatsioon

Kiipide valmistamise nanomaailmas on iga oksiidkile transistori jõudluse nurgakivi. Kui protsess siseneb alam-7 nm sõlme, seisab traditsiooniline ahjutoru oksüdatsiooniprotsess silmitsi liigse soojusenergia ja ebaühtlase paksuse tõttu vananemisega, samas kui kiire termilise oksüdatsiooni (RTO) tehnoloogiast on saanud tippprotsess-kiibi tootmise võtmeprotsess, kuna see reageerib teisele-tasemele ja täpsusele on aatomitasemel.

I. Mis on RTO?

Millisekundi-taseme kõrg-temperatuuriline oksüdatsioonikunst RTO (kiire termiline oksüdatsioon) on tehnoloogia, mis saavutab üliõhukese oksiidikihi kasvu väga lühikese ajaga (1–10 sekundiga) ja selle põhiomadused on järgmised: kuumutamiskiirus: 50–150 kraadi/s (tavapärased torud 0 kraadi /min 5–1). Temperatuurivahemik: 800-1100 kraadi; Paksuse kontroll: 1-10 nm, täpsus kuni ±0,01 nm.

Võrdlus traditsioonilise ahjutoru oksüdatsiooniga:

Parameetrid Tavaline ahjutoru oksüdatsioon RTO kiire termiline oksüdatsioon

Kuumutamisaeg 30-60 minutit 5-10 sekundit

Heat Budget High (lihtne põhjustada dopingut ja levikut) Väga

Paksuse ühtlus ±2% ±0,5%

Liidese defektide tihedus 10¹¹ cm⁻² 10¹⁰ cm⁻².

II.RTO põhiroll: liidese optimeerimine

1. Ideaalne partner kõrge -k kandja jaoks: alla 28 nm HKMG protsessis kasvatavad RTO-d SiO₂ kihte 0,5–1,2 nm liideses, et optimeerida HfO₂ ja räni liidese omadusi; Ekvivalentne oksiidikihi paksus (EOT) vähendati 0,8 nm-ni ja lekkevoolu vähendati 100 korda.

FinFET-i kolmemõõtmeline kohandatavus tagab ühtlase oksüdatsiooni ribi kolmemõõtmelisel pinnal (Fin), et vältida traditsiooniliste protsesside "servade peroksüdatsiooni"; Inteli 14nm FinFET-is juhib RTO ribi ülaosa kõrvalekallet külgseina oksiidikihist<0.1 nm.

Ülimadala ristmiku soojuseelarvet kontrolliti Pärast süstimist allika -äravoolu laiendustsooni aktiveeris RTO legeeritud aatomid kiirusel 1050 kraadi / 2 sekundit, vähendades samal ajal boori difusioonikaugust 2 nm piires.

4. Nanostruktuuri defektide parandamine Aatomi hapnik (O*) täidab räni pinnal olevad suspensioonisidemed, vähendades liidese oleku tihedust alla 10¹⁰ cm⁻² ja suurendades kandja liikuvust 20%.

0010-20129 6" Puhvri tera koost

III.RTO reaktsioonimehhanism

Reaktsiooni võrrand

Si(d) + O₂(g) → SiO₂(d) (kuiv hapnikuga oksüdatsioon)
Si(s) + 2H₂O(g) → SiO₂(s) + 2H₂(g) (Märg hapnikuga oksüdatsioon)

Kolme-etapilise reaktsiooni protsess
1. Esialgne lineaarne kasv (0-2 nm):
Hapnikumolekulid reageerivad otse räniga ja kiirust kontrollib pinnareaktsiooni kineetika;

Iga 100 kraadise temperatuuritõusu korral suureneb kasvukiirus 3 korda.

Paraboolse difusiooni juhtimine (2-10 nm): hapnikuaatomid peavad läbima moodustunud SiO₂ kihti ja difusioonikoefitsient määrab kiiruse;

Järgides Deal-Grove'i mudelit: paksus² ∝ aeg × difusioonikoefitsient.

3. Liidese rekonstrueerimine (pärast oksüdatsiooni): 1070 kraadi juures paiknevad räni aatomid ümber 0,1 sekundi jooksul, moodustades pingevaba liidese; vabanevad vesinikuaatomid passiivsevad ülejäänud suspensiooni sidemed.

IV.Kogu RTO protsessi protsess

Võtke näiteks liidese oksüdatsioon 5 nm sõlmes:

1. Vahvli eeltöötlus HF3H2O aurupuhastus primaarse oksiidikihi eemaldamiseks (paksus < 0,2 nm); Argooni läbipuhumine õõnsuse hapnikusisaldusega < 1 ppm.

2. Kiiresti kuumenev volframhalogeniidi massiiv soojendab vahvli 400 kraadilt 900 kraadini 3 sekundiga; Reaalajas tagasiside infrapuna temperatuuri mõõtmise kohta tagaküljel, temperatuuri reguleerimise täpsus ± 1 kraad .

3. Oksüdatsioonireaktsioonid (peamised etapid)

Parameetri väärtuse määramise funktsioon
Temperatuur 900 kraadi tasakaalustab kasvutempo soojaeelarvega

Paksuse täpne juhtimine 0,8-1,2 nm
Hapnikuvool tagab piisava koguse reaktiive
Kontrollige rõhku gaasi adsorptsiooni suurendamiseks
4. Kiire jahutamine
Pärast toite väljalülitamist jahutage 0,5 sekundi jooksul 600 kraadini;
Heeliumi tagasijahutus takistab vahvlite väändumist.
5. Kvaliteedikontroll
Ellipsomeetri mõõtmise paksus (täpsus ± 0,01 nm);