اکسیداسیون سطح دوم-تولید تراشه: اکسیداسیون حرارتی سریع RTO

در دنیای نانو تولید تراشه، هر لایه اکسیدی سنگ بنای عملکرد ترانزیستور است. هنگامی که فرآیند وارد گره زیر-7 نانومتری می‌شود، فرآیند اکسیداسیون لوله کوره سنتی به دلیل بودجه حرارتی بیش از حد و ضخامت ناهموار با منسوخ شدن مواجه می‌شود، در حالی که فناوری اکسیداسیون حرارتی سریع (RTO) به دلیل پاسخگویی و دقت اتمی در سطح دوم{4} به فرآیندی کلیدی در تولید تراشه‌های پیشرفته تبدیل شده است.

I. RTO چیست؟

هنر اکسیداسیون درجه حرارت میلی‌ثانیه‌ای-بالا-RTO (اکسیداسیون حرارتی سریع) فناوری‌ای است که رشد لایه‌های اکسید فوق‌العاده نازک را در مدت زمان بسیار کوتاهی (۱-۱۰ ثانیه) محقق می‌کند و ویژگی‌های اصلی آن عبارتند از: سرعت گرمایش: ۵۰ تا ۱۵۰ درجه در ثانیه (۵-۱ درجه سانتی‌گراد) محدوده دما: 800-1100 درجه؛ کنترل ضخامت: 1-10 نانومتر، دقت تا 0.01 نانومتر.

مقایسه با اکسیداسیون لوله کوره سنتی:

پارامترها اکسیداسیون لوله کوره معمولی اکسیداسیون حرارتی سریع RTO

زمان گرمایش 30-60 دقیقه 5-10 ثانیه

بودجه گرمایی بالا (به راحتی منجر به دوپینگ و گسترش می شود) بسیار

یکنواختی ضخامت ± 2% ± 0.5%

تراکم نقص رابط 10¹1 cm-2 1010 cm-2.

II.نقش اصلی RTO: بهینه سازی رابط

1. شریک عالی برای رسانه‌های با{1}k بالا: در فرآیند HKMG زیر 28 نانومتر، RTOها لایه‌های SiO2 را در رابط 0.5-1.2 نانومتر رشد می‌دهند تا ویژگی‌های رابط HfO2 و سیلیکون را بهینه کنند. ضخامت لایه اکسید معادل (EOT) به 0.8 نانومتر و جریان نشتی 100 برابر کاهش یافت.

سازگاری سه بعدی FinFET برای جلوگیری از "پراکسیداسیون لبه" فرآیندهای سنتی، به اکسیداسیون یکنواخت روی سطح سه بعدی باله (Fin) می‌رسد. در FinFET 14 نانومتری اینتل، RTO انحراف بالای باله از لایه اکسید دیوار کناری را کنترل می کند.<0.1 nm.

بودجه حرارتی اتصال فوق کم عمق کنترل شد پس از تزریق در منطقه گسترش منبع-زهکشی، RTO اتم های دوپ شده را در 1050 درجه /2 ثانیه فعال کرد در حالی که فاصله انتشار بور را در 2 نانومتر سرکوب کرد.

4. ترمیم نقص نانوساختار اکسیژن اتمی (O*) پیوندهای تعلیق روی سطح سیلیکون را پر می کند و چگالی حالت سطحی را به کمتر از 10¹0 cm-² کاهش می دهد و تحرک حامل را تا 20% افزایش می دهد.

0010-20129 6" مونتاژ تیغه بافر

III.مکانیسم واکنش RTO

معادله واکنش

Si(s) + O2(g) → SiO2(s) (اکسیداسیون اکسیژن خشک)
Si(s) + 2H2O(g) → SiO2(s) + 2H2(g) (اکسیداسیون اکسیژن مرطوب)

فرآیند واکنش سه مرحله‌ای-
1. رشد خطی اولیه (0-2 نانومتر):
مولکول‌های اکسیژن مستقیماً با سیلیکون واکنش می‌دهند و سرعت آن توسط سینتیک واکنش سطحی کنترل می‌شود.

به ازای هر 100 درجه افزایش دما، سرعت رشد 3 برابر افزایش می یابد.

کنترل انتشار سهمی (2-10 نانومتر): اتم های اکسیژن باید به لایه SiO2 تشکیل شده نفوذ کنند و ضریب انتشار سرعت را تعیین می کند.

پیروی از مدل Deal-Grove: ضخامت² ∝ زمان × ضریب انتشار.

3. بازسازی رابط (بعد از اکسیداسیون): در 1070 درجه، اتم‌های سیلیکون در عرض 0.1 ثانیه دوباره مرتب می‌شوند تا یک رابط آزاد-تنش تشکیل دهند. اتم های هیدروژن آزاد شده پیوندهای معلق باقی مانده را غیرفعال می کنند.

IV.کل فرآیند فرآیند RTO

اکسیداسیون رابط در گره 5 نانومتری را به عنوان مثال در نظر بگیرید:

1. تمیز کردن بخار HF3H2O پیش تیمار ویفر برای حذف لایه اکسید اولیه (ضخامت <0.2 نانومتر). پاکسازی آرگون با محتوای اکسیژن حفره < 1 ppm.

2. آرایه تنگستن هالید به سرعت گرم می شود ویفر را از 400 درجه به 900 درجه در 3 ثانیه گرم می کند. بازخورد واقعی{4}}در اندازه‌گیری دمای مادون قرمز در پشت، دقت کنترل دما ± 1 درجه.

3. واکنش های اکسیداسیون (مراحل کلیدی)

تابع مقدار تنظیم پارامتر
دمای 900 درجه، نرخ رشد را با بودجه گرمایی متعادل می کند

کنترل دقیق ضخامت 0.8-1.2 نانومتر
جریان اکسیژن واکنش دهنده های کافی را تضمین می کند
فشار را برای افزایش جذب گاز کنترل کنید
4. خنک کننده سریع
پس از قطع منبع تغذیه، ظرف 0.5 ثانیه تا 600 درجه خنک کنید.
خنک‌کننده پشت هلیوم از تاب برداشتن ویفر جلوگیری می‌کند.
5. بازرسی کیفیت
ضخامت اندازه گیری بیضی سنج (دقت ± 0.01 نانومتر).