Andra-oxidation av chipstillverkning: RTO snabb termisk oxidation

I nanovärlden av chiptillverkning är varje oxidfilm hörnstenen i transistorprestanda. När processen går in i sub-7nm-noden, står den traditionella ugnsröroxidationsprocessen inför föråldrad på grund av överdriven värmebudget och ojämn tjocklek, medan teknologin för snabb termisk oxidation (RTO) har blivit en nyckelprocess i-high-end chiptillverkning på grund av dess andra-atomresponsnivå.

I. Vad är RTO?

Millisecond-nivå hög-temperaturoxidationskonst RTO (Rapid Thermal Oxidation) är en teknik som realiserar tillväxten av ultra-tunt oxidskikt på mycket kort tid (1-10 sekunder), och dess kärnfunktioner är: uppvärmningshastighet: 50-150 grader /s (traditionella rör är endast /10 grader /s); Temperaturområde: 800-1100 grader; Tjocklekskontroll: 1-10 nm, noggrannhet upp till ±0,01 nm.

Jämförelse med traditionell oxidation av ugnsrör:

Parametrar Konventionell ugnsröroxidation RTO snabb termisk oxidation

Uppvärmningstid 30-60 minuter 5-10 sekunder

Värmebudget Hög (lätt att leda till doping och spridning) Mycket

Tjocklekslikformighet ±2 % ±0,5 %

Gränssnittsdefektdensitet 10¹¹ cm⁻² 10¹⁰ cm⁻².

II.RTO:s kärnroll: optimering av gränssnitt

1. Perfekt partner för hög-k media: I HKMG-processen under 28nm växer RTO:er SiO₂-lager vid gränssnittet 0,5-1,2 nm för att optimera gränssnittsegenskaperna för HfO₂ och kisel; Den ekvivalenta oxidskikttjockleken (EOT) reducerades till 0,8 nm och läckströmmen reducerades med 100 gånger.

Den tre-dimensionella anpassningsförmågan hos FinFET uppnår enhetlig oxidation på den tre-dimensionella ytan av fenan (Fin) för att undvika "kantperoxidation" av traditionella processer; I Intels 14nm FinFET kontrollerar RTO:n avvikelsen för toppen av fenan från sidoväggens oxidskikt till<0.1 nm.

Den termiska budgeten för den ultragrunda korsningen kontrollerades. Efter injektion i käll-dräneringsförlängningszonen aktiverade RTO de dopade atomerna vid 1050 grader/2 sek samtidigt som bortdiffusionsavståndet undertrycktes inom 2 nm.

4. Defekt reparation av nanostruktur Atomiskt syre (O*) fyller suspensionsbindningarna på kiselytan, vilket minskar gränsytans tillståndstäthet till mindre än 10¹⁰ cm⁻² och ökar bärarrörligheten med 20 %.

0010-20129 6" Buffertbladsenhet

III.Reaktionsmekanism för RTO

Reaktionsekvation

Si(s) + O₂(g) → SiO₂(s) (oxidation av torr syre)
Si(s) + 2H₂O(g) → SiO₂(s) + 2H₂(g) (Våtsyreoxidation)

Reaktionsprocess i tre-steg
1. Initial linjär tillväxt (0-2 nm):
Syremolekyler reagerar direkt med kisel, och hastigheten styrs av ytreaktionskinetik;

För varje 100 graders ökning av temperaturen ökar tillväxthastigheten med 3 gånger.

Parabolisk diffusionskontroll (2-10 nm): syreatomer behöver penetrera det bildade SiO2-skiktet, och diffusionskoefficienten bestämmer hastigheten;

Efter affären-Grove-modell: tjocklek² ∝ tid × diffusionskoefficient.

3. Gränssnittsrekonstruktion (efter oxidation): Vid 1070 grader omarrangeras kiselatomer inom 0,1 sekunder för att bilda ett-spänningsfritt gränssnitt; de frigjorda väteatomerna passiverar de återstående suspensionsbindningarna.

IV.Hela processen med RTO-processen

Ta gränssnittsoxidationen vid 5 nm-noden som ett exempel:

1. Wafer förbehandling HF3H2O ångrengöring för att avlägsna det primära oxidskiktet (tjocklek < 0,2 nm); Argonrening med syrehalt i hålrummet < 1 ppm.

2. Den snabbt uppvärmande volframhalogeniduppsättningen värmer skivan från 400 grader till 900 grader på 3 sekunder; Real-feedback på infraröd temperaturmätning på baksidan, temperaturkontrollnoggrannhet ± 1 grad.

3. Oxidationsreaktioner (nyckelsteg)

Parameter Set Value Funktion
Temperatur 900 grader balanserar tillväxthastighet med värmebudget

Exakt kontroll av tjockleken 0,8-1,2 nm
Syreflöde säkerställer tillräckligt med reaktanter
Kontrollera trycket för att förbättra gasadsorptionen
4. Snabb kylning
Kyl ner till 600 grader inom 0,5 sekunder efter att strömförsörjningen stängts av;
Helium-bakkylning förhindrar att skivan blir skev.
5. Kvalitetskontroll
Ellipsometermätningstjocklek (noggrannhet ± 0,01 nm);