擴(kuò)散課工藝培訓(xùn)培訓(xùn)內(nèi)容 word2

1、擴(kuò)散課工藝培訓(xùn)培訓(xùn)內(nèi)容 n擴(kuò)散部設(shè)備介紹n氧化工藝介紹n擴(kuò)散工藝介紹n合金工藝介紹n氧化層電荷介紹nLPCVD工藝介紹擴(kuò)散部設(shè)備介紹臥式爐管立式爐管爐管工藝和應(yīng)用(加)氧化工藝-1n氧化膜的作用n選擇擴(kuò)散和選擇注入。 阻擋住不需擴(kuò)散或注入的區(qū)域，使離子不能進(jìn)入。氧化工藝-2n氧化膜的作用n緩沖介質(zhì)層 二次氧化等，緩沖氮化硅應(yīng)力或減少注入損傷氧化工藝-3n氧化膜的作用器件結(jié)構(gòu)的一部分：如柵（Gate）氧化層，非常關(guān)鍵的項(xiàng)目，質(zhì)量要求非常高；電容極板之間的介質(zhì)，對電容的大小有較大影響 氧化工藝-4氧化膜的作用n隔離介質(zhì)：工藝中常用的場氧化就是生長較厚的二氧化硅膜，達(dá)到器件隔離的目的。 氧化工藝-5

2、n氧化方法n干氧氧化 SI+O2 = SIO2 結(jié)構(gòu)致密，均勻性、重復(fù)性好，掩蔽能力強(qiáng)，對光刻膠的粘附性較好，但生長速率較慢，一般用于高質(zhì)量的氧化，如柵氧化等；厚層氧化時(shí)用作起始和終止氧化；薄層緩沖氧化也使用此法。n水汽氧化 2H2O+SI = SIO2+2H2 生長速率快，但結(jié)構(gòu)疏松，掩蔽能力差，氧化層有較多缺陷。 對光刻膠的粘附性較差。氧化工藝-6n氧化方法n濕氧氧化（反應(yīng)氣體：O2 +H2O） H2O+SI = SIO2+2H2 SI+O2 = SIO2 生長速率介于干氧氧化和水汽氧化之間； H2O的由 H2和O2的反應(yīng)得到；并通過H2和O2的流量比例來 調(diào)節(jié)氧化速率，但比例不可超過1.

3、88以保安全；對雜 質(zhì)掩蔽能力以及均勻性均能滿足工藝要求；多使用在 厚層氧化中。nHCL 氧化（氧化氣體中摻入HCL） 加入HCL后，氧化速率有了提高，并且氧化層的質(zhì)量也大有改善。目前柵氧化基本采用O2+HCL方法。 氧化工藝-7n影響氧化速率的因素 n硅片晶向 氧化速率(110)>POLY>(111)>(100)n摻雜雜質(zhì)濃度 雜質(zhì)增強(qiáng)氧化，氧化速率發(fā)生較大變化如 N+退火氧化（N+DRIVE1）：襯底氧化厚度：750A N+摻雜區(qū)氧化厚度：1450A氧化工藝-8熱氧化過程中的硅片表面位置的變化 生長1um的SiO2，要消耗掉0.46um的Si。但不同熱氧化生長的SiO密

4、度不同，a值會略有差異。  氧化工藝-9n氯化物的影響 加入氯化物后，氧化速率明顯加快，這可能是HCL和O2生成水汽的原因；但同時(shí)氧化質(zhì)量有了很大提高n壓力影響 壓力增大，氧化速率增大；n溫度 溫度升高，氧化速率增大；n排風(fēng) & 氣體 排風(fēng)和氣體很重要，會影響到厚度和均勻性；氧化工藝-10n氧化質(zhì)量控制n拉恒溫區(qū)控制溫度 定期拉恒溫區(qū)以得到好的溫度控制nHCL 吹掃爐管 CL-有使堿性金屬離子（如Na+）鈍化的功能，使金屬離子喪失活動能力，定期清洗爐管可以大幅度地減少離子濃度，使?fàn)t管潔凈nBT 測量 BT項(xiàng)目可以使我們即及時(shí)掌握爐管的狀態(tài)，防止?fàn)t管受到粘污,使大批園片受損;氧

5、化工藝-11n氧化質(zhì)量控制n片內(nèi)均勻性 ： 保證硅片中每個(gè)芯片的重復(fù)性良好n片間均勻性 保證每個(gè)硅片的重復(fù)性良好n定期清洗爐管 清洗爐管，可以避免金屬離子,堿離子的粘污，減少顆粒，保證氧化層質(zhì)量，尤其是柵氧化，清洗頻率更高,1次/周擴(kuò)散工藝-1n擴(kuò)散n推阱，退火 推阱：CMOS工藝 的必有一步，在一種襯底上制造出另一種襯底,以制造N、P管,需要在較高的溫度下進(jìn)行，以縮短工藝時(shí)間。 退火：可以激活雜質(zhì)，減少缺陷。它的時(shí)間和溫度關(guān)系到結(jié)深和雜質(zhì)濃度n磷摻雜 多晶摻雜：使多晶具有金屬特質(zhì)導(dǎo)電； N+淀積： 形成源漏結(jié)；擴(kuò)散工藝-2n推阱工藝主要參數(shù)n結(jié)深 比較關(guān)鍵，必須保證正確的溫度和時(shí)間，n膜厚

6、主要為光刻對位提供方便,同時(shí)影響園片的表面濃度 如過厚或過薄均會影響N或P管的開啟電壓n表面濃度 注入一定后,表面濃度主要受制于推阱程序的工藝過程,如氧化和推結(jié)的前后順序均會對表面濃度產(chǎn)生影響擴(kuò)散工藝-3n影響推阱的工藝參數(shù)n溫度： 易變因素，對工藝的影響最大。 n時(shí)間： 一般不易偏差，取決于時(shí)鐘的精確度。n程序的設(shè)置： 不同的程序，如先氧化后推阱和先推阱后氧化所得出的表面濃度不同。擴(kuò)散工藝-4n影響推阱的工藝參數(shù) 排風(fēng) &氣體 排風(fēng)：對爐管的片間均勻性，尤其是爐口有較大的影響。 氣體：氣體流量的改變會影響膜厚，從而使表面濃度產(chǎn)生變化，直接影響器件的電參數(shù)。擴(kuò)散工藝-5 n阱工藝控制n

7、拉恒溫區(qū)控制溫度： 定期拉恒溫區(qū)以得到好的溫度控制。nBT 測量 BT項(xiàng)目可以使我們即及時(shí)掌握爐管的狀態(tài)，防止?fàn)t管受到粘污。擴(kuò)散工藝-6n阱工藝控制n電阻均勻性 電阻比膜厚對于溫度的變化更加敏感，利用它監(jiān)控溫度的變化，但易受制備工藝的影響n膜厚均勻性 監(jiān)控氣體，溫度等的變化，保證片內(nèi)和片間的均勻性n定期清洗爐管 清洗爐管，可以避免金屬離子的粘污，減少顆粒，保證氧化層質(zhì)量。擴(kuò)散工藝-7阱工藝控制HCL 吹掃爐管 CL-有使堿性金屬離子（如Na+）鈍化的功能，使金屬離子喪失活動能力，定期清洗爐管可以大幅度地減少離子濃度，使?fàn)t管潔凈HCL 吹掃爐管。擴(kuò)散工藝-8磷擴(kuò)散原理POCL3 4POCL3+3

8、O2 = 2P2O5+6CL2 2P2O5 +5Si = 5SiO2 +4P PBr3 4 PBr3 +5O2 = 2P2O5+6Br2 2P2O5 +5Si = 5SiO2 +4P擴(kuò)散工藝-9磷擴(kuò)散工藝主要參數(shù)結(jié)深： 電阻： 現(xiàn)行的主要控制參數(shù)；表面濃度： 這些參數(shù)都和摻雜時(shí)間、摻雜溫度、磷源流量等有密切的關(guān)系；擴(kuò)散工藝-10n影響磷擴(kuò)散的因素n爐管溫度和源溫 爐管溫度會影響雜質(zhì)擴(kuò)散的固溶度，硅中雜質(zhì)的溶解量變化，從而影響摻雜電阻；PBr3和POCL3都是揮發(fā)性較強(qiáng)的物質(zhì)，溫度的變化會影響源氣的揮發(fā)量，使摻雜雜質(zhì)的總量發(fā)生變化,因此必須保證其相對穩(wěn)定；n程序的編制 磷源流量設(shè)置的大小決定了時(shí)

9、間的長短，使推結(jié)的時(shí)間變化，從而影響了表面濃度和電阻；擴(kuò)散工藝-11影響磷擴(kuò)散的因素時(shí)間 一般不易偏差，取決于時(shí)鐘的精確度 ； 氣體和排風(fēng) 排風(fēng)：排風(fēng)不暢，會使摻雜氣體不能及時(shí)排出，集中在爐管之內(nèi)，使摻雜電阻變化； 氣體：N2和POCL3氣體流量的比例對摻雜的大小，均勻性有較明顯的影響；擴(kuò)散工藝-12磷擴(kuò)散工藝控制拉恒溫區(qū)控制溫度 定期拉恒溫區(qū)以得到好的溫度控制；電阻均勻性 電阻均勻性可以反應(yīng)出溫度或氣體的變化以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工藝和設(shè)備發(fā)生的問題，在進(jìn)行換源、換爐管等備件的更換時(shí)，需及時(shí)進(jìn)行該QC的驗(yàn)證工作，以確定爐管正常；擴(kuò)散工藝-13磷擴(kuò)散工藝控制清洗爐管及更換內(nèi)襯管 由于在工藝過程中會有偏磷酸

10、生成，在爐口溫度較低處會凝結(jié)成液體，并堆積起來，會腐蝕爐管甚至流出爐管后腐蝕機(jī)器設(shè)備，因此須及時(shí)清洗更換爐管和內(nèi)襯管。 合金工藝-1n合金的概念n淀積到硅片表面的金屬層經(jīng)光刻形成一定的互連圖形之后，還必須進(jìn)行一次熱處理，稱為“合金化”。n合金的目的是使接觸孔中的鋁與硅之間形成低電阻歐姆接觸，并增加鋁與二氧化硅之間的附著力。 合金工藝-2n鋁柵合金：n硅在鋁膜中的溶解和擴(kuò)散過程受鋁晶粒尺寸、孔邊緣氧化層應(yīng)力、孔上殘余的SiO2的影響，引起鋁膜對硅的不均勻溶解。溶解入硅的鋁膜，我們稱之為鋁釘。合金工藝-3n硅柵合金n用TiN層來阻擋鋁膜向硅中的滲透，在TiN與硅的結(jié)合處，預(yù)先形成TiSi化合物來加

11、強(qiáng)粘附性 熱氧化層上的電荷-1熱氧化層上的電荷-2n1. 可動離子電荷：nSiO2中的可動離子主要由帶正電的堿金屬離子如Li+，Na+ 和K+，也可能是H+?？蓜与姾墒构璞砻孚呌贜型，而且在高溫偏壓下產(chǎn)生漂移，嚴(yán)重影響MOS器件的可靠性。n2. 氧化物陷阱電荷：n被SiO2陷住的電子或空穴，叫陷阱電荷。由輻射或結(jié)構(gòu)陷阱引起。300以上退火可以消除陷阱電荷。 熱氧化層上的電荷-3n3. 固定氧化物電荷：n位于Si-SiO2界面處25A以內(nèi)。一般認(rèn)為由過剩硅或過剩氧引起的，密度大約在1010-1012CM-2范圍內(nèi)。氧化退火對它有影響。n4. 界面陷阱電荷：n界面陷阱可以是正電，負(fù)電，中性。這由本

12、身類型和費(fèi)米能相對位置決定。影響MOS器件的閾值電壓、跨導(dǎo)、隧道電流等許多重要參數(shù)。LP-CVD 工藝-1nCVD 技術(shù)是微電子工業(yè)中最基本、最重要的成膜手段之一。按照生長機(jī)理的不同，可以分為若干種類。本文僅介紹了LPCVD工藝。LPCVD 工藝簡介-2LPCVD 工藝簡介nLPCVD（Low Pressure Chemical Vapor Deposition ） 低壓氣相淀積，是在27-270Pa的反應(yīng)壓力下進(jìn)行的化學(xué)氣相淀積。n裝片進(jìn)舟對反應(yīng)室抽真空檢查設(shè)備是否正常充N2吹掃并升溫再抽真空保持壓力穩(wěn)定后開始淀積關(guān)閉所有工藝氣體，重新抽真空回沖N2到常壓出爐。LPCVD 工藝簡介-3nLP

13、 Si3N4n LPSi3N4在工藝中主要作為氧化或注入的掩蔽膜， 淀積Si3N4時(shí)通常使用的氣體是：NH3+DCS（SiH2Cl2）這兩種氣體的反應(yīng)生成的Si3N4質(zhì)量高， 副產(chǎn)物少，膜厚均勻性極佳，而且是氣體源便于精確 控制流量，是目前國內(nèi)外普遍采用的方法。 10NH3+3DCS=Si3N4 +6H2+6NH4CL 溫度：780。 壓力：375mt。n在爐管的尾部有一冷卻機(jī)構(gòu)，稱為“冷阱”。用以淀積副產(chǎn)物NH4CL，防止其凝集在真空管道里，堵塞真空管道。DCS的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定,容易控制淀積速率。 LPCVD 工藝簡介-3n顆粒產(chǎn)生的可能原因：n連續(xù)作業(yè)，導(dǎo)致爐管，陪片上氮化硅生長太厚而脫

14、落成為顆粒源。nSIC槳，舟與舟之間的摩擦，碰撞產(chǎn)生的顆粒。n副產(chǎn)物NH4CL未汽化被抽走而是凝固在真空系統(tǒng)溫度較低處n腐蝕性氣體DCS與硅表面直接接觸或反應(yīng)不充分；n非氣態(tài)的DCS進(jìn)入爐管；n冷阱內(nèi)，主閥盤路內(nèi)的反應(yīng)生成物回灌到爐管內(nèi)；n水蒸氣與HCL接觸腐蝕真空管道引起的沾污；LPCVD 工藝簡介-4nLP POLY n LPPOLY主要作為MOS管的柵極、電阻條、電容器的極板等。n LPPOLY的均勻性較好，生產(chǎn)量大，成本低，含氧量低，表面不易起霧，是一種目前國際上通用的制作多晶硅的方法。 SiH4=Si +2H2n LPCVD熱解硅烷淀積多晶硅的過度溫度是600C。低于此溫度，淀積出的

15、是非晶硅，只有高于此溫度才能生長出多晶硅。而高于700C后，硅烷沿氣流方向的耗盡嚴(yán)重。n多晶硅的晶粒尺寸主要取決于淀積溫度，600C下淀積的多晶硅顆粒極細(xì)；淀積溫度為625-750C時(shí)，晶粒結(jié)構(gòu)明顯并且隨溫度的升高略有增大nSiH4流量：多晶硅的淀積速率隨SiH4流量的增加而增加 。當(dāng)SiH4濃度過高時(shí)，容易出現(xiàn)氣相成核，這就限制了硅烷濃度和淀積速率的提高。目前我們淀積多晶硅所使用的是100%的SiH4。LPCVD 工藝簡介-5nLPTEOS是通過低壓熱解正硅酸乙酯生成的，淀積溫度在650750，反應(yīng)壓力控制在400Pa（3T）以下，而在實(shí)際的工藝中，一般會控制在67Pa（500mT）以下。n

16、目前經(jīng)常采用LPTEOS的淀積溫度為700，反應(yīng)壓力為210mT。全反應(yīng)為： Si(OC2H4 )5 ® SiO2 + 4C2H4 +2H2OLPCVD 工藝簡介-5LPTEOS的應(yīng)用：n4000A和2000A的LPTEOS形成spacer結(jié)構(gòu)，如下圖所示：n400A的LPTEOS形成兩層多晶硅間的電容；影響LPTEOS淀積的幾種因素：1.溫度的影響： A.隨著溫度的增加，淀積速率明顯增加； B.一定的溫度范圍會對片內(nèi)均勻性有較大的影響。趨勢圖如下所示影響LPTEOS淀積的幾種因素：nTEOS流量的影響： 在其他條件不變時(shí)，增大TEOS的流量生長速率變大。n反應(yīng)壓力的影響： 淀積速率

17、隨反應(yīng)壓力的增大而增大。趨勢圖如下LPCVD 工藝-6nLPCVD 工藝控制n拉恒溫區(qū)控制溫度 ：定期拉恒溫區(qū)以得到好的溫度控制，保證爐管內(nèi)各處的生長速率趨向平衡?；旧弦粋€(gè)月拉一次恒溫，每次清洗爐管后再拉一次。n顆粒檢查 ：TENCOR 6420監(jiān)控顆粒，規(guī)范是（顆粒數(shù)300個(gè)/0.5um以上。n淀積速率 ：淀積速率從膜厚與沉積時(shí)間計(jì)算得出，這個(gè)數(shù)值可以直接反映爐管內(nèi)壓力，溫度或氣體比例的變化。在工藝保持不變的條件下，LP的淀積速率不會有太大的變化。臥式爐目前的淀積速率是LPSIN 30A/MIN ；LPTEOS 50A/MIN；LPPOLY 70A/MIN。n由于所有爐管的工藝氣體都是自爐口通入，因此爐口的氣體分壓較高，反應(yīng)速率較快，而爐尾則相對較低，于是通常將爐口的工藝溫度降低并爐尾的工藝溫度升高，以補(bǔ)償氣體的濃度差，從而獲得了較好的均勻性.LPCVD 工藝-7均勻性檢查： 保證硅片中每個(gè)芯片和每個(gè)硅片的重復(fù)性良好，在發(fā)現(xiàn)均勻性變差時(shí)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，一般比較片內(nèi)與片間均勻性兩種，每個(gè)星期作一次顆粒均勻性試爐。均勻性控制在3 SIGMA以內(nèi)。 折射率： 通過折射率的檢查，我們可以分析LP Si3N4爐管氣體的流量掌握MFC的狀態(tài)，保證膜的成分保持穩(wěn)定，確保質(zhì)量。否則就會使腐蝕時(shí)的腐蝕速率難以