扩散课工艺培训培训内容 word26447.docx

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1、扩散课工工艺培训训培训内容容n扩散部设设备介绍绍n氧化工艺艺介绍n扩散工艺艺介绍n合金工艺艺介绍n氧化层电电荷介绍绍nLPCVVD工艺艺介绍扩散部设设备介绍绍卧式炉管管立式炉管管炉管工艺艺和应用用(加)氧化工艺艺-1n氧化膜的的作用n选择扩散散和选择择注入。阻挡住不不需扩散散或注入入的区域域，使离离子不能能进入。氧化工艺艺-2n氧化膜的的作用n缓冲介质质层二次氧化化等，缓缓冲氮化化硅应力力或减少少注入损损伤氧化工艺艺-3n氧化膜的的作用器件结构构的一部部分：如如栅（GGatee）氧化化层，非非常关键键的项目目，质量量要求非非常高；电容极极板之间间的介质质，对电电容的大大小有较较大影响响氧化工艺

2、艺-4氧化膜的的作用n隔离介质质：工艺艺中常用用的场氧氧化就是是生长较较厚的二二氧化硅硅膜，达达到器件件隔离的的目的。氧化工艺艺-5n氧化方法法n干氧氧化化 SI+O2 = SIOO2结构致密密，均匀匀性、重重复性好好，掩蔽蔽能力强强，对光光刻胶的的粘附性性较好，但但生长速速率较慢慢，一般般用于高高质量的的氧化，如如栅氧化化等；厚厚层氧化化时用作作起始和和终止氧氧化；薄薄层缓冲冲氧化也也使用此此法。n水汽氧化化 2H22O+SSI = SSIO22+2HH2生长速率率快，但但结构疏疏松，掩掩蔽能力力差，氧氧化层有有较多缺缺陷。对对光刻胶胶的粘附附性较差差。氧化工艺艺-6n氧化方法法n湿氧氧化化

3、（反应应气体：O2 +HH2O） H2O+SSI = SSIO22+2HH2 SSI+OO2 = SIIO2生长速率率介于干干氧氧化化和水汽汽氧化之之间； H2O的由 H2和和O2的反反应得到到；并通通过H22和O2的流流量比例例来调节氧化化速率，但但比例不不可超过过1.888以保保安全；对杂质掩蔽能能力以及及均匀性性均能满满足工艺艺要求；多使用用在厚层氧化化中。nHCL 氧化（氧氧化气体体中掺入入HCLL）加入HCCL后，氧氧化速率率有了提提高，并并且氧化化层的质质量也大大有改善善。目前前栅氧化化基本采采用O22+HCCL方法法。氧化工艺艺-7n影响氧化化速率的的因素n硅片晶向向氧化速率率(

4、1110)POLLY(1111)(1000)n掺杂杂质质浓度杂质增强强氧化，氧氧化速率率发生较较大变化化如 NN+退火火氧化（N+DRIVE1）：衬底氧化化厚度：7500A NN+掺杂杂区氧化化厚度：14550A氧化工艺艺-8热氧化过过程中的的硅片表表面位置置的变化化生长1uum的SiOO2，要消消耗掉00.466um的的Si。但但不同热热氧化生生长的SSiO密密度不同，a值会略有差异。氧化工艺艺-9n氯化物的的影响加入氯化化物后，氧氧化速率率明显加加快，这这可能是是HCLL和O2生成成水汽的的原因；但同时时氧化质质量有了了很大提提高n压力影响响压力增大大，氧化化速率增增大；n温度温度升高高，

5、氧化化速率增增大；n排风 & 气体体排风和气气体很重重要，会会影响到到厚度和和均匀性性；氧化工艺艺-100n氧化质量量控制n拉恒温区区控制温温度定期拉恒恒温区以以得到好好的温度度控制nHCL 吹扫炉炉管 CLL-有使使碱性金金属离子子（如NNa+）钝钝化的功功能，使使金属离离子丧失失活动能能力，定定期清洗洗炉管可可以大幅幅度地减减少离子子浓度，使使炉管洁洁净nBT 测测量 BBT项目目可以使使我们即即及时掌掌握炉管管的状态态，防止止炉管受受到粘污污,使大批批园片受受损;氧化工艺艺-111n氧化质量量控制n片内均匀匀性：保证硅硅片中每每个芯片片的重复复性良好好n片间均匀匀性保证每个个硅片的的重复

6、性性良好n定期清洗洗炉管清洗炉管管，可以以避免金金属离子子,碱离子子的粘污污，减少少颗粒，保保证氧化化层质量量，尤其其是栅氧氧化，清清洗频率率更高,1次/周扩散工艺艺-1n扩散n推阱，退退火推阱：CCMOSS工艺的必必有一步步，在一一种衬底底上制造造出另一一种衬底底,以制造造N、P管,需要在在较高的的温度下下进行，以以缩短工工艺时间间。退火：可可以激活活杂质，减减少缺陷陷。它的的时间和和温度关关系到结结深和杂杂质浓度度n磷掺杂多晶掺杂杂：使多多晶具有有金属特特质导电电； N+淀积：形成源源漏结；扩散工艺艺-2n推阱工艺艺主要参参数n结深比较关键键，必须须保证正正确的温温度和时时间，n膜厚主要为

7、光光刻对位位提供方方便,同时影影响园片片的表面面浓度如过厚或或过薄均均会影响响N或P管的开开启电压压n表面浓度度注入一定定后,表面浓浓度主要要受制于于推阱程程序的工工艺过程程,如氧化化和推结结的前后后顺序均均会对表表面浓度度产生影影响扩散工艺艺-3n影响推阱阱的工艺艺参数n温度：易变因素素，对工工艺的影影响最大大。n时间：一般不易易偏差，取取决于时时钟的精精确度。n程序的设设置：不同的程程序，如如先氧化化后推阱阱和先推推阱后氧氧化所得得出的表表面浓度度不同。扩散工艺艺-4n影响推阱阱的工艺艺参数排风 &气体体排风：对对炉管的的片间均均匀性，尤尤其是炉炉口有较较大的影影响。气体：气气体流量量的改

8、变变会影响响膜厚，从从而使表表面浓度度产生变变化，直直接影响响器件的的电参数数。扩散工艺艺-5n阱工艺控控制n拉恒温区区控制温温度：定期拉恒恒温区以以得到好好的温度度控制。nBT 测测量 BTT项目可可以使我我们即及及时掌握握炉管的的状态，防防止炉管管受到粘粘污。扩散工艺艺-6n阱工艺控控制n电阻均匀匀性电阻比膜膜厚对于于温度的的变化更更加敏感感，利用用它监控控温度的的变化，但但易受制制备工艺艺的影响响n膜厚均匀匀性监控气体体，温度度等的变变化，保保证片内内和片间间的均匀匀性n定期清洗洗炉管清洗炉管管，可以以避免金金属离子子的粘污污，减少少颗粒，保保证氧化化层质量量。扩散工艺艺-7阱工艺控控制

9、HCL 吹扫炉炉管 CL-有使碱碱性金属属离子（如如Na+）钝化化的功能能，使金金属离子子丧失活活动能力力，定期期清洗炉炉管可以以大幅度度地减少少离子浓浓度，使使炉管洁洁净HCCL 吹吹扫炉管管。扩散工艺艺-8磷扩散原原理POCLL3 4POOCL33+3OO2 = 2P22O5+6CCL2 2P22O5 +55Si = 55SiOO2 +44P PBrr3 4 PBrr3+55O2 = 2P22O5+6BBr22P2OO5 +55Si = 55SiOO2 +44P扩散工艺艺-9磷扩散工工艺主要要参数结深：电阻：现行的主主要控制制参数；表面浓度度：这些参数数都和掺掺杂时间间、掺杂杂温度、磷源流

10、流量等有有密切的的关系；扩散工艺艺-100n影响磷扩扩散的因因素n炉管温度度和源温温炉管温度度会影响响杂质扩扩散的固固溶度，硅硅中杂质质的溶解解量变化化，从而而影响掺掺杂电阻阻；PBBr3和和POCCL3都都是挥发发性较强强的物质质，温度度的变化化会影响响源气的的挥发量量，使掺掺杂杂质质的总量量发生变变化,因此必必须保证证其相对对稳定；n程序的编编制磷源流量量设置的的大小决决定了时时间的长长短，使使推结的的时间变变化，从从而影响响了表面面浓度和和电阻；扩散工艺艺-111影响磷磷扩散的的因素时间一般不易易偏差，取取决于时时钟的精精确度；气体和和排风排风：排排风不畅畅，会使使掺杂气气体不能能及时排

11、排出，集集中在炉炉管之内内，使掺掺杂电阻阻变化；气体：NN2和POCCL3气气体流量量的比例例对掺杂杂的大小小，均匀匀性有较较明显的的影响；扩散工艺艺-122磷扩散散工艺控控制拉恒温温区控制制温度定期拉恒恒温区以以得到好好的温度度控制；电阻均均匀性电阻均匀匀性可以以反应出出温度或或气体的的变化以以及时发发现工艺艺和设备备发生的的问题，在在进行换换源、换换炉管等等备件的的更换时时，需及及时进行行该QCC的验证证工作，以以确定炉炉管正常常；扩散工艺艺-133磷扩散散工艺控控制清洗炉炉管及更更换内衬衬管由于在工工艺过程程中会有有偏磷酸酸生成，在在炉口温温度较低低处会凝凝结成液液体，并并堆积起起来，会

12、会腐蚀炉炉管甚至至流出炉炉管后腐腐蚀机器器设备，因因此须及及时清洗洗更换炉炉管和内内衬管。合金工艺艺-1n合金的概概念n淀积到硅硅片表面面的金属属层经光光刻形成成一定的的互连图图形之后后，还必必须进行行一次热热处理，称称为“合金化化”。n合金的目目的是使使接触孔孔中的铝铝与硅之之间形成成低电阻阻欧姆接接触，并并增加铝铝与二氧氧化硅之之间的附附着力。合金工艺艺-2n铝栅合金金：n硅在铝膜膜中的溶溶解和扩扩散过程程受铝晶晶粒尺寸寸、孔边边缘氧化化层应力力、孔上上残余的的SiOO2的影响响，引起起铝膜对对硅的不不均匀溶溶解。溶溶解入硅硅的铝膜膜，我们们称之为为铝钉。合金工艺艺-3n硅栅合金金n用Ti

13、NN层来阻阻挡铝膜膜向硅中中的渗透透，在TTiN与与硅的结结合处，预预先形成成TiSSi化合合物来加加强粘附附性热氧化层层上的电电荷-11热氧化层层上的电电荷-22n1. 可可动离子子电荷：nSiO22中的可可动离子子主要由由带正电电的碱金金属离子子如Lii+，Na+和K+，也也可能是是H+。可可动电荷荷使硅表表面趋于于N型，而而且在高高温偏压压下产生生漂移，严严重影响响MOSS器件的的可靠性性。n2. 氧氧化物陷陷阱电荷荷：n被SiOO2陷住的的电子或或空穴，叫叫陷阱电电荷。由由辐射或或结构陷陷阱引起起。3000以上退退火可以以消除陷陷阱电荷荷。热氧化层层上的电电荷-33n3. 固固定氧化化

14、物电荷荷：n位于Sii-SiiO2界面处处25AA以内。一般认认为由过过剩硅或或过剩氧氧引起的的，密度度大约在在10100-10012CMM-2范围围内。氧氧化退火火对它有有影响。n4. 界界面陷阱阱电荷：n界面陷阱阱可以是是正电，负负电，中中性。这这由本身身类型和和费米能能相对位位置决定定。影响响MOSS器件的的阈值电电压、跨跨导、隧隧道电流流等许多多重要参参数。LP-CCVD 工艺-11nCVD 技术是是微电子子工业中中最基本本、最重重要的成成膜手段段之一。按照生生长机理理的不同同，可以以分为若若干种类类。本文文仅介绍绍了LPPCVDD工艺。LPCVVD 工工艺简介介-2LPCVVD 工工

15、艺简介介nLPCVVD（Loww Prresssuree Chhemiicall Vaaporr Deepossitiion ）低压气气相淀积积，是在在27-2700Pa的的反应压压力下进进行的化化学气相相淀积。n装片进舟对反应应室抽真真空检查设设备是否否正常充NN2吹扫并并升温再抽抽真空保持持压力稳稳定后开开始淀积积关闭闭所有工工艺气体体，重新新抽真空空回冲冲N2到常压压出炉炉。LPCVVD 工工艺简介介-3nLP SSi3NN4n LPPSi33N4在在工艺中中主要作作为氧化化或注入入的掩蔽蔽膜，淀积Sii3N44时通常常使用的的气体是是：NHH3+DDCS（SSiH22Cl22）这两两种

16、气体体的反应应生成的的Si33N4质质量高，副产物少少，膜厚厚均匀性性极佳，而而且是气气体源便便于精确确控制流量量，是目目前国内内外普遍遍采用的的方法。 110NHH3+33DCSS=Sii3N44 +66H2+6NHH4CLL温度：7780。压力：3755mt。n在炉管的的尾部有有一冷却却机构，称称为“冷阱”。用以以淀积副副产物NNH4CCL，防防止其凝凝集在真真空管道道里，堵堵塞真空空管道。DCSS的化学学性质比比较稳定定,容易控控制淀积积速率。LPCVVD 工工艺简介介-3n颗粒产生生的可能能原因：n连续作业业，导致致炉管，陪陪片上氮氮化硅生生长太厚厚而脱落落成为颗颗粒源。nSIC桨桨，

17、舟与与舟之间间的摩擦擦，碰撞撞产生的的颗粒。n副产物NNH4CCL未汽汽化被抽抽走而是是凝固在在真空系系统温度度较低处处n腐蚀性气气体DCCS与硅硅表面直直接接触触或反应应不充分分；n非气态的的DCSS进入炉炉管；n冷阱内，主主阀盘路路内的反反应生成成物回灌灌到炉管管内；n水蒸气与与HCLL接触腐腐蚀真空空管道引引起的沾沾污；LPCVVD 工工艺简介介-4nLP POLLY n LPPPOLYY主要作作为MOOS管的的栅极、电阻条条、电容容器的极极板等。n LPPPOLYY的均匀匀性较好好，生产产量大，成成本低，含含氧量低低，表面面不易起起雾，是是一种目目前国际际上通用用的制作作多晶硅硅的方法

18、法。 SSiH44=Sii +22H2n LPCCVD热热解硅烷烷淀积多多晶硅的的过度温温度是6600CC。低于于此温度度，淀积积出的是是非晶硅硅，只有有高于此此温度才才能生长长出多晶晶硅。而而高于7700CC后，硅硅烷沿气气流方向向的耗尽尽严重。n多晶硅的的晶粒尺尺寸主要要取决于于淀积温温度，6600CC下淀积积的多晶晶硅颗粒粒极细；淀积温温度为6625-7500C时，晶晶粒结构构明显并并且随温温度的升升高略有有增大nSiH44流量：多晶硅硅的淀积积速率随随SiHH4流量量的增加加而增加加 。当当SiHH4浓度度过高时时，容易易出现气气相成核核，这就就限制了了硅烷浓浓度和淀淀积速率率的提高高

19、。目前前我们淀淀积多晶晶硅所使使用的是是1000%的SSiH44。LPCVVD 工工艺简介介-5nLPTEEOS是是通过低低压热解解正硅酸酸乙酯生生成的，淀淀积温度度在65507500，反应应压力控控制在4400PPa（3T）以以下，而而在实际际的工艺艺中，一一般会控控制在667Paa（5000mT）以以下。n目前经常常采用LLPTEEOS的的淀积温温度为7700，反应应压力为为2100mT。全反应应为： SSi(OOC2H4 )5SiOO2 + 4C22H4 +22H2OLPCVVD 工工艺简介介-5LPTEEOS的的应用：n40000A和20000A的的LPTTEOSS形成sppaceer

20、结构构，如下下图所示示：n400AA的LPTTEOSS形成两两层多晶晶硅间的的电容；影响LPPTEOOS淀积积的几种种因素：1.温度度的影响响： A.随着温温度的增增加，淀淀积速率率明显增增加； B.一定的的温度范范围会对对片内均均匀性有有较大的的影响。趋势图图如下所所示影响LPPTEOOS淀积积的几种种因素：nTEOSS流量的的影响：在其他条条件不变变时，增增大TEEOS的的流量生生长速率率变大。n反应压力力的影响响：淀积速率率随反应应压力的的增大而而增大。趋势图图如下LPCVVD 工工艺-66nLPCVVD 工工艺控制制n拉恒温区区控制温温度：定期拉拉恒温区区以得到到好的温温度控制制，保证

21、证炉管内内各处的的生长速速率趋向向平衡。基本上上一个月月拉一次次恒温，每每次清洗洗炉管后后再拉一一次。n颗粒检查查 ：TTENCCOR 64220监控控颗粒，规规范是（颗颗粒数3000个/00.5uum以上上。n淀积速率率 ：淀淀积速率率从膜厚厚与沉积积时间计计算得出出，这个个数值可可以直接接反映炉炉管内压压力，温温度或气气体比例例的变化化。在工工艺保持持不变的的条件下下，LPP的淀积积速率不不会有太太大的变变化。卧卧式炉目目前的淀淀积速率率是LPPSINN 300A/MMIN ；LPPTEOOS 550A/MINN；LPPPOLLY700A/MMIN。n由于所有有炉管的的工艺气气体都是是自炉

22、口口通入，因因此炉口口的气体体分压较较高，反反应速率率较快，而而炉尾则则相对较较低，于于是通常常将炉口口的工艺艺温度降降低并炉炉尾的工工艺温度度升高，以以补偿气气体的浓浓度差，从从而获得得了较好好的均匀匀性.LPCVVD 工工艺-77均匀性检检查：保证硅硅片中每每个芯片片和每个个硅片的的重复性性良好，在在发现均均匀性变变差时及及时进行行调整，一一般比较较片内与与片间均均匀性两两种，每每个星期期作一次次颗粒均均匀性试试炉。均均匀性控控制在33 SIIGMAA以内。折射率：通过折折射率的的检查，我我们可以以分析LLP SSi3NN4炉管管气体的的流量掌掌握MFFC的状状态，保保证膜的的成分保保持稳

23、定定，确保保质量。否则就就会使腐腐蚀时的的腐蚀速速率难以以控制（折折射率越越大，腐腐蚀速率率越小）。LPCVVD 工工艺-88n常见问题题及处理理n LPPCVDD炉管工工艺中断断n对策： 1 根根据提示示的中断断信息，找找出中断断的真正正原因；2根据剩剩余时间间确定返返工时间间的多少少，将返返工时间间减去11-2分分钟，作作为气体体开关时时的补偿偿。特别别注意的的是：在在返工以以前园片片必须经经清洗，以以防产生生颗粒。n LPCCVD炉炉管颗粒粒问题对策：11 分析析测量结结果，排排除测量量的影响响2对炉炉管进行行PURRGE后后再做；3清洗洗炉管和和假片n均匀性问问题对策：11 检查查温度、压力、气体流流量等是是否正常常，否则则更换流流量计、清洗压压力计、重新拉拉恒温区区。2 可以以调整各各区的温温度，气气体的流流量，淀淀积时间间以调整整均匀性性。