雙柵氧氧化前濕法刻蝕、清洗工藝對(duì)薄氧化層CMOS器件性能的影響及其優(yōu)化.pdf

1、目錄顧  1A b s t r a c t  3弓 唁  5m - M 雜  6第 一 節(jié) 濕 法 處理 應(yīng) 用 綜述  6第 二節(jié) 先進(jìn)集成 電路制程對(duì)濕 法處理工 藝 的要求  6第三 節(jié) “ 雙柵氧 ” (Dua l gate oxide)工藝 的應(yīng) 用  - 71.3.1 雙柵氧工 藝的常規(guī) 實(shí)現(xiàn)方法  81.3.2 雙柵 氧工 藝流程 的其他 實(shí)現(xiàn) 方法  8第 四節(jié) 本文 的主要研 究 內(nèi)容  10第五

2、節(jié) 本章小結(jié)  11第 二章 濕法 處理在超大規(guī)模 集 成 電路生產(chǎn) 中的應(yīng)用  11第 一節(jié) FE0L 濕 法處理工 藝原理  122 .1.1SC_ 1(Sta ndard c lean- 1 )過 程  122.1.2 SC_2 (Standard c lean_2 )過 程  *152.1.3 SPM (Sulfuric perox ide mixture )過禾 呈   162.1.4 D-H F (D i

3、lute HF )過 程  172.1.5 B0E (buffered ox ide etch )過禾 呈    182.  1.6 前段工 藝 中常見 的濕法處理過程  18第二節(jié) 濕法 處理后 的沖洗和干燥  19第三 節(jié) 濕法 處理工藝面 臨 的挑 戰(zhàn)  20第 四節(jié) 本章 小 結(jié)  2 1第三章 雙柵氧氧 化 中濕法工藝優(yōu)化探究  “ 22第一節(jié) 雙柵氧氧化前清洗和刻蝕流程 的工藝 目的  223.  1

4、.1 雙柵氧濕法刻燭過程 （ Dualgate wet etch )  223.1.2 雙 柵 氧刻 蝕 后 濕 法 去 除光 阻過程  233. 1.3 二次氧化前表 面清 洗過程  - 24第二節(jié) 雙柵氧氧化前清洗和刻蝕工藝控制方法探 究  253.2.1DHF 和 B0E 過 程 刻 蝕 速 率 控 制 優(yōu) 化  253.2.2 B0E 處理 后 表 面微 粗糙 度 控 制優(yōu) 化  303.2.3 SPM 過程 中氧

5、化反應(yīng)工 藝控制優(yōu) 化  34作 為半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展最早 的關(guān)鍵工 藝技術(shù)之一 ，濕 法處理工 藝在過去 的半個(gè)多世 紀(jì)里取得 了長(zhǎng)遠(yuǎn) 的發(fā)展 和 深刻 的革新 。常規(guī) 的濕 法處理工 藝包括濕 法刻蝕 、濕法光 阻去除和濕法表 面清洗 等幾大類 。 伴隨集 成 電路技術(shù)按照摩爾定律所 取得的迅猛 發(fā)展 ， 迄今 為止 ， 濕 法 處理工藝依然在 半 導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn) 中 占據(jù)至 關(guān)重要 的地位 。在先進(jìn) 的 CMOS 工藝產(chǎn) 品流程 中

6、，普遍采 用雙柵氧氧化工藝流程 ，即在 同一個(gè)芯片 內(nèi)， 通過部分 區(qū)域濕 法刻蝕和 再次氧 化 的方法 ， 形成兩種不 同厚度 的柵氧化層 ： 較厚 的柵氧化 層用 于 高壓工作器件 區(qū)域 ， 較 薄 的柵氧化層用于低壓 工作器件 區(qū)域 。由此實(shí)現(xiàn) 不 同需求 電路 的高效集成 ， 提升產(chǎn) 品性 能和工藝集成 的靈活性 。 在雙柵氧氧化工 藝流程 中包含 多次濕法處理過程 ：兩次氧化工 藝前 的表 面清洗過程 、濕法氧化層刻蝕 過程

7、、濕法光 阻去除過程 。相 對(duì)于其它步驟 的濕法 處理過程 ， 在雙柵氧工藝流 程 中， 濕法化 學(xué) 品直接接 觸柵 氧 化層或者 即將生長(zhǎng)氧化層的硅表面 ，化 學(xué)反應(yīng)過程 同時(shí)涉及兩個(gè) 關(guān)鍵 區(qū)域 。因此 ， 雙柵氧氧化流程 中的濕法處理過程對(duì)產(chǎn) 品性 能 ， 尤其 是對(duì)柵氧化層性 能影 響很大 。 本文重點(diǎn)關(guān)注第 一次氧化 完 成后 的濕 法 刻蝕 、 濕 法 光 阻去 除和第 二 次氧 化 前 的濕 法 清洗 三個(gè) 步驟 ， 針對(duì)

8、其 中使用到 的 D-HF 、BOE 、SPM 、SC1、SC2 等 化 學(xué) 品特 性 , 結(jié)合 CMOS 產(chǎn) 品性 能要 求 ，進(jìn)行優(yōu) 化 工 藝 控 制 的研 究 。研 究 中，結(jié)合 大 量 的實(shí)驗(yàn)和 工程 應(yīng)用數(shù) 據(jù) ，提 出 了通過有 效控制物 理 揮 發(fā) 而實(shí)現(xiàn)針對(duì) DHF 和 B0E 濕 法刻蝕速 率穩(wěn) 定性 的優(yōu)化控制 方 案，通過利用合適 的表面活 性劑 和 合 理配 置過 濾 器 使 用 時(shí) 間上 限而 實(shí)現(xiàn) 針 對(duì)

9、BOE 濕 法 過刻蝕 后 硅 表 面 微粗糙程度 的優(yōu)化控制方案，通 過過氧化氫 的 自動(dòng)補(bǔ)償 、 嚴(yán)格 的溫度控制和合 理 的加工次數(shù)設(shè)置而實(shí)現(xiàn)針 對(duì) SPM 濕法光 阻去除后硅表面化學(xué)氧化所 生成二氧化硅厚度 的優(yōu)化控制方案， 以及通過 成分濃度嚴(yán)格控 制 、減 少二次沾污而實(shí)現(xiàn)針對(duì) 氧化 前表 面清洗 工 藝清洗 能力 的優(yōu) 化控 制 方案 。 最 終通 過 試 驗(yàn)和 實(shí) 際工 藝 生產(chǎn) 過 程中的結(jié)果數(shù)據(jù)采集 ，證 實(shí) 了這些

10、優(yōu)化途徑均切 實(shí)有效 。在 此基礎(chǔ) 上 ，通過分析和研 究這些參數(shù)與雙 柵氧氧 化 CMOS 產(chǎn) 品性 能的關(guān)系 ，說 明 了 以上這 些優(yōu) 化 方 法 在 提 升 CMOS 產(chǎn) 品性 能 方 面 的應(yīng) 用 。文 中列舉 了 ：通 過SPM 濕 法光 阻去除過程 的工藝優(yōu)化來提升產(chǎn) 品薄柵氧 氧化層 電性厚度 的穩(wěn)定性 ；通過 B0E 濕法 刻蝕 工 藝過程后硅表面微粗糙度 的控制 和優(yōu)化來 提升薄柵氧氧 化層擊 穿 電量 Qbd ;