Окислення другого-рівня виробництва мікросхем: швидке термічне окислення RTO

У наносвіті виробництва чіпів кожна оксидна плівка є наріжним каменем продуктивності транзистора. Коли процес переходить до вузла під-7 нм, традиційний процес окислення труб печі застаріває через надмірний бюджет тепла та нерівномірну товщину, тоді як технологія швидкого термічного оксидування (RTO) стала ключовим процесом у-виробництві чіпів високого-класу завдяки своєму другому-рівню відгуку та точності атомного рівня.

I. Що таке RTO?

Мистецтво високотемпературного окислення мілісекундного-рівня- RTO (швидке термічне окислення) – це технологія, яка реалізує зростання над-тонкого шару оксиду за дуже короткий час (1-10 секунд), і її основні характеристики: швидкість нагрівання: 50-150 градусів/с (трубки традиційної печі лише 5-10 градусів/хв); Діапазон температур: 800-1100 градусів; Контроль товщини: 1-10 нм, точність до ±0,01 нм.

Порівняння з традиційним окисленням труб печі:

Параметри Традиційне окислення трубчастої печі RTO швидке термічне окислення

Час нагрівання 30-60 хвилин 5-10 секунд

Тепловий бюджет Високий (легко призвести до допінгу та поширення) Дуже

Однорідність товщини ±2% ±0,5%

Щільність дефектів на поверхні розділу 10¹¹ см⁻² 10¹⁰ см⁻².

II.Основна роль RTO: оптимізація інтерфейсу

1. Ідеальний партнер для середовищ із високим -k: у процесі HKMG нижче 28 нм RTO вирощують шари SiO₂ на межі поділу 0,5-1,2 нм для оптимізації характеристик інтерфейсу HfO₂ і кремнію; Еквівалентна товщина оксидного шару (EOT) була зменшена до 0,8 нм, а струм витоку зменшився в 100 разів.

Завдяки -тривимірній адаптованості FinFET досягається рівномірне окислення на три{1}}вимірній поверхні ребра (Fin), щоб уникнути «перекисного окислення країв» традиційних процесів; У 14-нм FinFET від Intel RTO контролює відхилення верхньої частини ребра від оксидного шару бічної стінки до<0.1 nm.

Термічний баланс надмілкого переходу контролювався. Після ін’єкції в зону розширення джерела-стоку RTO активував леговані атоми при 1050 градусах/2 секунди, одночасно пригнічуючи дифузійну відстань бору в межах 2 нм.

4. Відновлення дефектів наноструктури. Атомарний кисень (O*) заповнює суспензійні зв’язки на поверхні кремнію, зменшуючи щільність міжфазного стану до менше ніж 10¹⁰ см⁻² і збільшуючи рухливість носіїв на 20%.

0010-20129 6" Збірка буферної пластини

III.Механізм реакції RTO

Рівняння реакції

Si(s) + O₂(г) → SiO₂(s) (сухе окислення киснем)
Si(s) + 2H₂O(g) → SiO₂(s) + 2H₂(g) (Вологе окислення киснем)

Три{0}}процес реакції
1. Початковий лінійний ріст (0-2 нм):
Молекули кисню реагують безпосередньо з кремнієм, і швидкість контролюється кінетикою реакції на поверхні;

На кожні 100 градусів підвищення температури швидкість росту збільшується в 3 рази.

Параболічний контроль дифузії (2-10 нм): атоми кисню повинні проникнути через сформований шар SiO₂, а коефіцієнт дифузії визначає швидкість;

Відповідно до моделі Діла-Грова: товщина² ∝ час × коефіцієнт дифузії.

3. Реконструкція межі (після окислення): при 1070 градусах атоми кремнію перегруповуються протягом 0,1 секунди, щоб утворити межу-без напруги; звільнені атоми водню пасивують залишилися суспензійні зв'язки.

IV.Весь процес процесу RTO

Візьмемо як приклад окислення інтерфейсу на вузлі 5 нм:

1. Очищення парою HF3H2O попередньої обробки пластини для видалення первинного оксидного шару (товщина < 0,2 нм); Продувка аргоном із вмістом кисню в порожнині < 1 ppm.

2. Масив галогенідів вольфраму, що швидко нагрівається, нагріває пластину від 400 градусів до 900 градусів за 3 секунди; Зворотній зв’язок-в реальному часі щодо інфрачервоного вимірювання температури на задній панелі, точність контролю температури ± 1 градус.

3. Реакції окислення (ключові етапи)

Функція набору параметрів
Температура 900 градусів врівноважує швидкість росту з бюджетом тепла

Точний контроль товщини 0,8-1,2 нм
Потік кисню забезпечує достатню кількість реагентів
Контролюйте тиск для посилення адсорбції газу
4. Швидке охолодження
Охолодіть до 600 градусів протягом 0,5 секунди після відключення живлення;
Зворотне охолодження гелієм запобігає викривленню пластин.
5. Перевірка якості
Еліпсометр вимірювання товщини (точність ± 0,01 нм);