半導(dǎo)體表面平坦化及新型高性能濕式清洗工藝的研究.pdf

1、超大規(guī)模集成電路技術(shù)遵循摩爾定律不斷發(fā)展,隨著集成度的不斷提高,金屬半導(dǎo)體晶體管(MOSFET)的尺寸也在不斷縮小,隨之帶來的新問題也不斷出現(xiàn)。其中,絕緣膜與硅界面的微粗糙度造成了閃爍噪聲的增大,導(dǎo)致電路性能和MOSFET性能的不斷退化,嚴(yán)重制約了半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。因此,需要不斷探索新的半導(dǎo)體技術(shù)來解決半導(dǎo)體表面的平坦化問題。 通過研究發(fā)現(xiàn),擁有原子級(jí)平坦化的絕緣膜以及原子級(jí)平坦化的Si表面的MOSFET,在載流子遷移率以及噪聲

2、抑制方面能夠表現(xiàn)出比傳統(tǒng)器件好的多的特性。另外,由于空穴在(110)面以及(551)面晶片上的遷移率比傳統(tǒng)的(100)面大的多,在Si(110)以及Si(551)晶片上制造器件也具有極好的應(yīng)用前景。因此,對(duì)于這些并不常用的晶片的平坦化技術(shù)也成為研究的熱點(diǎn)。在本文中,通過使用各種不同的方法來平坦Si(100),Si(110)和Si(551)表面,找到了分別適用于各晶向晶片的方法以及這些方法的平坦化機(jī)理。這些平坦化方法包括傳統(tǒng)的高溫濕法氧化

3、,化學(xué)平坦化以及新型的氧粒子氧化法。 另外,還發(fā)現(xiàn),當(dāng)(100)面的Si片在1200℃的氬氣氣氛中退火后,會(huì)呈現(xiàn)出原子級(jí)平坦的表面。為了在柵氧化膜形成前保持這種原子級(jí)的平坦度不受到破壞,必須尋找不破壞表面粗糙度的清洗方法。在實(shí)驗(yàn)中,利用平坦化的Si(100)、Si(110)、Si(551)以及原子級(jí)平坦的晶片,分別使用傳統(tǒng)RCA清洗方法及日本東北大學(xué)的大見忠弘教授提出的新型室溫五步清洗法中各種具有代表性的清洗液?jiǎn)为?dú)實(shí)驗(yàn),用原子力

4、顯微鏡(AFM)觀察清洗后的晶片表面,比較粗糙度的不同影響,最終得到最佳的清洗方法及其機(jī)理。另外,還分別在大氣環(huán)境中以及在氧氣濃度小于20ppb的氮?dú)猸h(huán)境,且無光照的條件下做了相同的實(shí)驗(yàn)。通過試驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn),清洗環(huán)境能夠在很大程度上影響清洗效果。對(duì)比表面粗糙度的變化后,得到了最佳的清洗環(huán)境。通過以上的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)清洗中光線對(duì)于粗糙度也有影響,為了更加精確地確定這種影響的起因,還考察了不同波長(zhǎng)以及不同光照度的光線對(duì)于粗糙度的影響。在實(shí)驗(yàn)中,使用