快速加熱氧化(RTO)

隨著晶體管關(guān)鍵尺寸的縮小，柵氧化層的厚度也變得很薄。最薄的柵氧化層只有15A,而且由于柵漏電流越來(lái)越大，這個(gè)厚度已經(jīng)不能再減小。當(dāng)這樣薄的柵氧化層使用多晶圓批量系統(tǒng)如氧化爐時(shí)，很難精確控制氧化層的厚度和晶圓對(duì)晶圓的均勻性。使用單晶圓RTP系統(tǒng)生長(zhǎng)高質(zhì)量超薄氧化層有許多優(yōu)點(diǎn)，由于RTP系統(tǒng)能精確控制整片晶圓的溫度均勻性，因此快速加熱 氧化(RTO)系統(tǒng)能生長(zhǎng)薄且均勻的氧化層。對(duì)于單晶圓系統(tǒng)，RTO過(guò)程的晶圓對(duì)晶圓均勻性控制比高溫爐工藝好，尤其對(duì)于超薄氧化層；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是RTO反應(yīng)室的主機(jī)平臺(tái)可以和氟化氫蒸氣刻蝕反應(yīng)器整合在一起。當(dāng)氟化氫蒸氣刻蝕移除了硅晶圓表面的原生氧化層后，就可以將晶 圓經(jīng)過(guò)高真空轉(zhuǎn)移室送入RTO/RTA反應(yīng)室。由于晶圓不會(huì)暴露在大氣和濕氣中，因此硅表面就不再有氧化的可能性，接著就可以將晶圓送到RTO反應(yīng)室進(jìn)行HC1清洗、氧化和退火處理。

下圖為RTO工藝的流程圖。將晶圓載入反應(yīng)室后就可以打開加熱燈管分兩步提升溫 度：首先以較大的升溫速率將溫度升高到800攝氏度左右，接著再以較低的速率獲得所需的氧化溫度，如1150攝氏度這種兩步升溫的過(guò)程可以縮短升高溫度所需的時(shí)間，因?yàn)榈诙绞褂幂^低的速率升溫達(dá)到氧化工藝所需的溫度可以縮短穩(wěn)定溫度所需的時(shí)間。當(dāng)溫度穩(wěn)定后，將氧氣注入反應(yīng)室使氧和硅反應(yīng)后在硅晶圓表面生成二氧化硅。無(wú)水性氯化氫也可以用在氧化過(guò)程中減少移動(dòng)離子的污染和降低界面電荷。氧化層生成之后便將O2和HC1氣流關(guān)閉并注入氮?dú)? 然后將晶圓溫度升高到1100攝氏度左右對(duì)氧化層進(jìn)行退火，這個(gè)過(guò)程可以改善氧化薄膜的質(zhì)量并進(jìn)一步降低界面電荷。包含一氧化氮(NO)的熱氮化可以在此退火過(guò)程中形成。如果需要等離子氮化，晶圓需要被送到另一個(gè)反應(yīng)室，然后經(jīng)過(guò)退火工藝。退火過(guò)程結(jié)束后就將加熱燈管關(guān)掉，晶圓開始冷卻，轉(zhuǎn)移室內(nèi)的機(jī)器手會(huì)將熾熱的晶圓送到冷卻室，最后再將晶圓放入晶圓盒內(nèi)。柵介質(zhì)已經(jīng)開始從常用的二氧化硅發(fā)展為硅氧氮化合物(SiON)，最后發(fā)展使用具有高介電常數(shù)的介質(zhì)層，從而使得可以使用較厚的柵極介電層以防止柵極漏電流和柵電介質(zhì)擊穿。原子層沉積(ALD)方法常用于形成高電介質(zhì)，RTA熱處理工藝用來(lái)提高薄膜的質(zhì)量，并減少界面態(tài)電荷。

由于RTO熱處理具有更好的工藝控制，尤其是晶圓到晶圓的均勻性控制，所以已被廣泛 用于柵氧化工藝。除濕式氧化外，最先進(jìn)的集成電路芯片的氧化過(guò)程都在RTO工藝室內(nèi)進(jìn) 行，這是由于其具有更好的熱積存控制。

快速加熱CVD

RTCVD過(guò)程是在一個(gè)單晶圓、冷壁式的反應(yīng)室中進(jìn)行的加熱CVD工藝，具有快速改變溫 度并精確控制溫度的能力（見(jiàn)下圖）。由于是單晶圓系統(tǒng)，所以必須有足夠高的沉積速率使 薄膜沉積過(guò)程在1 ~2 min內(nèi)完成，這樣才能達(dá)到每小時(shí)生產(chǎn)30?60片晶圓的生產(chǎn)能力。

下圖顯示了快速加熱化學(xué)氣相沉積（RTCVD）過(guò)程和低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）時(shí)的溫度變化。與高溫爐LPCVD過(guò)程比較，RTCVD過(guò)程在熱積存和晶圓對(duì)晶圓的均勻性上有好的控制能力。由于元器件尺寸不斷縮小，前段工藝所形成的沉積薄膜厚度也隨之減小，一般在 100 - 2000 A之間。隨著沉積速率從100 A/min到1000 A/min，單晶圓RTCVD工藝在前段的薄膜沉積中很受歡迎。

編輯：黃飛

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