文章來(lái)源：半導(dǎo)體與物理

原文作者：jjfly686

本文介紹了半導(dǎo)體制造中的一種高溫氧化工藝——原位水蒸汽生成。

一、ISSG是什么?

ISSG(In-Situ Steam Generation，原位水蒸汽生成)是半導(dǎo)體制造中的一種高溫氧化工藝，核心原理是利用氫氣(H?)與氧氣(O?)在反應(yīng)腔內(nèi)直接合成高活性水蒸氣，并解離生成原子氧(O*)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅表面的精準(zhǔn)氧化。與傳統(tǒng)爐管氧化不同，ISSG的特點(diǎn)在于：原位生成：水蒸氣直接在晶圓表面生成，避免外部引入污染;原子級(jí)修復(fù)：原子氧的強(qiáng)氧化性可修復(fù)硅/二氧化硅界面的懸掛鍵，降低界面態(tài)密度至101? cm?2以下(較傳統(tǒng)工藝降低10倍);低溫突破：近年發(fā)展的低溫ISSG可在600℃以下工作。

二、ISSG工藝流程

預(yù)處理與氣體注入

晶圓經(jīng)清洗脫水后送入反應(yīng)腔，通入H?與O?混合氣體(比例0.1%-99.9%)，流量1-100slm/s。

氣壓調(diào)節(jié)至5.5-8Torr(低壓環(huán)境增強(qiáng)反應(yīng)活性)。

高溫激活與原子氧生成

晶圓快速升溫至900-1100℃，氣體在熱催化下反應(yīng)：

2H? + O? → 2H?O → 2H? + O + e?

生成高活性原子氧。

氧化層生長(zhǎng)與厚度控制

原子氧與硅襯底反應(yīng)：Si + 2O* → SiO?，形成0.5-2nm超薄氧化層。

壓力動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)：通過(guò)5段壓力循環(huán)(如6.5Torr→5.5Torr→6.5Torr交替)補(bǔ)償邊緣與中心氣壓差，解決薄膜“M型”厚度分布問(wèn)題)。

三、ISSG在芯片制造中的關(guān)鍵應(yīng)用

1. 柵極界面層

在High-k金屬柵(HKMG)工藝中，ISSG生長(zhǎng)0.5-1.2nm SiO?界面層，優(yōu)化HfO?與硅襯底的界面態(tài)。

作用：降低柵極漏電流(90nm節(jié)點(diǎn)漏電流減少50%)，提升電子遷移率。

2. GAA納米結(jié)構(gòu)圓角化

在GAA(全環(huán)繞柵極)晶體管中，納米片釋放后邊緣存在尖銳角，引發(fā)電場(chǎng)集中。低溫ISSG(<600℃) 通過(guò)選擇性氧化將尖角修飾為圓角。

效果：擊穿電壓提升30%，避免柵極提前失效。