擴(kuò)散課工藝培訓(xùn)培訓(xùn)內(nèi)容

1、擴(kuò)散課工藝培訓(xùn) 培訓(xùn)內(nèi)容擴(kuò)散部設(shè)備介紹氧化工藝介紹擴(kuò)散工藝介紹合金工藝介紹氧化層電荷介紹LPCVD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-1 氧化膜的作用選擇擴(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-2 氧化膜的作用緩沖介質(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-3 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)量要求非常咼；電容極板之間的介質(zhì)，對(duì)電容的大小有較大影響氧化工藝-4氧化膜的作用 隔離介質(zhì)：工藝中常用的場(chǎng)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 氧化方法干氧氧化

2、SI+O 2 = SIO 2結(jié)構(gòu)致密，均勻性、重復(fù)性好，掩蔽能力強(qiáng)，對(duì)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。水汽氧化 2H 2O+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(duì)光刻膠的粘附性較差。氧化工藝-6 氧化方法濕氧氧化（反應(yīng)氣體： q +F20H 2O+SI = SIO 2+2H2SI+O2 = SIO 2生長速率介于干氧氧化和水汽氧化之間；H20的由H2 和02的反應(yīng)得到；并通過 H2和02的流量比例來調(diào)節(jié)氧化速率，但比例不可超過以保安全；對(duì)雜質(zhì)掩蔽能

3、力以及均勻性均能滿足工藝要求；多使用在 厚層氧化中。HCL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 02+HCL方 法。氧化工藝-7 影響氧化速率的因素硅片晶向氧化速率（110）P0LY（111）（100）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：750AN+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Si02，要消耗掉的 Si。但不同熱氧化生長的 SiO密度不同，a值會(huì)略有差異。 氧化工藝-9 氯化物的影響加入氯化物后，氧化速率明顯加快，

4、這可能是HCL和02生成水汽的原因；但同時(shí)氧化質(zhì)量有了很大提高壓力影響壓力增大，氧化速率增大；溫度溫度升高，氧化速率增大；排風(fēng)&氣體排風(fēng)和氣體很重要，會(huì)影響到厚度和均勻性；氧化工藝-10氧化質(zhì)量控制拉恒溫區(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(dòng)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BT測(cè)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；氧化工藝-11氧化質(zhì)量控制片內(nèi)均勻性：保證硅片中每個(gè)芯片的重復(fù)性良好片間均勻性保證每個(gè)硅片的重復(fù)性良好定期清洗爐管清洗爐管，可以避免金屬

5、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-1擴(kuò)散推阱，退火推阱：CMO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 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-2 推阱工藝主要參數(shù)結(jié)深比較關(guān)鍵，必須保證正確的溫度和時(shí)間，膜厚主要為光刻對(duì)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(huì)影響 N或P管的開啟電壓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

6、順序均會(huì)對(duì)表面濃度產(chǎn)生影響擴(kuò)散工藝-3 影響推阱的工藝參數(shù)溫度：易變因素，對(duì)工藝的影響最大。時(shí)間：一般不易偏差，取決于時(shí)鐘的精確度。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-4 影響推阱的工藝參數(shù)-排風(fēng)&氣體排風(fēng)：對(duì)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(huì)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 阱工藝控制拉恒溫區(qū)控制溫度：定期拉恒溫區(qū)以得到好的溫度控制。BT測(cè)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-6 阱工藝控制電阻均勻性電阻比膜厚對(duì)于溫度的變化更加敏感，利用

7、它監(jiān)控溫度的變化，但易受制備工藝的影響膜厚均勻性監(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(dòng)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POCL34POCL 3+3C2 = 2P 2Q5+6CL22P 2O5 +5Si = 5SiO 2 +4PPBr34 PBr3+5C2 = 2P 2O5+6Br22P2C5 +5Si = 5SiC 2 +4P擴(kuò)散工藝-9 磷擴(kuò)散工藝

8、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-10 影響磷擴(kuò)散的因素爐管溫度和源溫爐管溫度會(huì)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(huì)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(duì)穩(wěn)定；程序的編制磷源流量設(shè)置的大小決定了時(shí)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(huì)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

9、體：N2和P0CL3氣體流量的比例對(duì)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(huì)有偏磷酸生成，在爐口溫度較低處會(huì)凝結(jié)成液體，并堆積起來， 會(huì)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-1 合金的概念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

10、次熱處理，稱為“合金化”。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-2鋁柵合金：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(duì)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-3硅柵合金用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化合物來加強(qiáng)粘附性 熱氧化層上的電荷-1熱氧化層上的電荷-2 1. 可動(dòng)離子電荷：SiO2中的可動(dòng)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?dòng)電荷使硅表面趨于 N型，而且在高溫偏壓下產(chǎn)生漂移，嚴(yán)重影響

11、MOS器件的可靠性。2.氧化物陷阱電荷：電荷。熱氧化層上的電荷-3 3.固定氧化物電荷：位于Si-SiO 2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1O10-1O12CM2范圍內(nèi)。氧化退火對(duì)它有影響。4.界面陷阱電荷：界面陷阱可以是正電，負(fù)電，中性。這由本身類型和費(fèi)米能相對(duì)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-1 CVD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)理的不冋，可以分為若干種類。本文僅介紹了LPCVD工藝。 LPCVD工藝簡(jiǎn)介-2 LPCVD工藝簡(jiǎn)介LPCVD( Low Pressure Che

12、mical 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。裝片一一進(jìn)舟一一對(duì)反應(yīng)室抽真空一一檢查設(shè)備是否正常一一充N2吹掃并升溫一一再抽真空一一保持壓力穩(wěn)定后開始淀積一一關(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(jiǎn)介-3 LP Si3N4LPSi3N4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+DCSSiH2CI2 )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+

13、6NH4CL溫度：780C。壓力：375mt。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(jiǎn)介-3 顆粒產(chǎn)生的可能原因：連續(xù)作業(yè)，導(dǎo)致爐管，陪片上氮化硅生長太厚而脫落成為顆粒源。SIC槳，舟與舟之間的摩擦，碰撞產(chǎn)生的顆粒。副產(chǎn)物NH4CL未汽化被抽走而是凝固在真空系統(tǒng)溫度較低處腐蝕性氣體DCS與硅表面直接接觸或反應(yīng)不充分；非氣態(tài)的DCS進(jìn)入爐管；冷阱內(nèi)，主閥盤路內(nèi)的反應(yīng)生成物回灌到爐管內(nèi)；水蒸氣與HCL接觸腐蝕真空管道引起的沾污；LPCVD工藝簡(jiǎn)介-4 LP POLYLPPO

14、LY主要作為 MOS管的柵極、電阻條、電容器的極板等。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 +2H2 LPCVD熱解硅烷淀積多晶硅的過度溫度是600C。低于此溫度，淀積岀的是非晶硅，只有高于此溫度才能生長岀多晶硅。而高于700C后，硅烷沿氣流方向的耗盡嚴(yán)重。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SiH4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)，容易岀現(xiàn)氣相成核，這就限制了硅烷濃度和

15、淀積速率的提高。目前我們淀積多晶硅所使用的是100%勺SiH4。LPCVD工藝簡(jiǎn)介-5 LPTEOS是通過低壓熱解正硅酸乙酯生成的，淀積溫度在650C 750C，反應(yīng)壓力控制在 400Pa (3T)以下，而在實(shí)際的工藝中，一般會(huì)控制在 67Pa (500mT以下。目前經(jīng)常采用 LPTEOS的淀積溫度為 700C，反應(yīng)壓力為 210mT全反應(yīng)為：Si(OC24)5?SiO2+ 4q“+2H2OLPCVD工藝簡(jiǎn)介-5LPTEOS的應(yīng)用：4000A和2000A的LPTEOS形成spacer結(jié)構(gòu)，如下圖所示：400A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：

16、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(huì)對(duì)片內(nèi)均勻性有較大的影響。趨勢(shì)圖如下所示影響LPTEOS淀積的幾種因素：TEOS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。 反應(yīng)壓力的影響:淀積速率隨反應(yīng)壓力的增大而增大。趨勢(shì)圖如下LPCVD工藝-6 LPCVD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，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。顆粒檢查：TENCOR 642(監(jiān)控顆粒，規(guī)范是(顆粒數(shù)300個(gè)/以上。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

17、的變化。在工藝保持不變的條件下，LP的淀積速率不會(huì)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/MN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(duì)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(huì)使腐蝕時(shí)的腐蝕速率難以控制折射率越大，