【正文】 :55:0111:55Mar2319Mar23 ? 1越是無(wú)能的人，越喜歡挑剔別人的錯(cuò)兒。 。C 多晶硅 晶粒 晶界 185 多晶硅低壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng) MFC MFC 控制閥 調(diào)壓器 制程氮?dú)?吹除凈化氮?dú)?SiH 4 MFC 洗滌室 排氣 制程管 晶圓 燃燒室 186 多晶硅沉積制程 ? 系統(tǒng)閑置時(shí)注入吹除凈化氮?dú)鈿饬? ? 系統(tǒng)閑置時(shí)注入制程氮?dú)鈿饬? ? 注入制程氮?dú)鈿饬鳎d入晶圓 ? 注入制程氮?dú)鈿饬鲿r(shí)降下制程爐管 (鐘型玻璃罩 ) ? 觀掉氮?dú)鈿饬鳎檎婵帐狗磻?yīng)室氣壓降至基本氣壓 ( 2毫托 ) ? 注入氮?dú)鈿饬鳎€(wěn)定晶圓溫度并檢查漏氣 ? 觀掉氮?dú)鈿饬鳎檎婵栈氐交練鈮? ( 2毫托 ) ? 注入氮?dú)鈿饬鳎涸O(shè)定制程氣 壓 (~250毫托 ) ? 開(kāi)啟 SiH4氣流并關(guān)掉氮?dú)?，開(kāi)始沉積 ? 關(guān)掉硅烷氣流并打開(kāi)匣極活門，抽真空回到基本氣壓 ? 關(guān)閉匣極活門，注入氮?dú)獠鈮禾岣叩揭淮髿鈮毫? ? 注入氮?dú)鈿饬饕越档途A溫度，升起鐘型玻璃罩 ? 注入制程氮?dú)鈿饬?，卸除晶圓 ? 系統(tǒng)閑置時(shí)注入吹除凈化氮?dú)鈿饬? 187 多晶硅沉積制程 反應(yīng)室溫度 晶圓溫度 氮?dú)饬? 硅烷流 反應(yīng)室壓力 裝載晶圓 卸除晶圓 升高塔架 抽真空 溫度穩(wěn)定 抽真空 壓力穩(wěn)定 沉積Si3N4 抽真空 釋入氮?dú)? 降低塔架 晶圓塔架位置 188 多晶硅沉積系統(tǒng) 晶圓裝載站 多晶硅沉積反應(yīng)室 晶圓傳輸機(jī)械臂 WSix 沉積反應(yīng)室 Wsix沉積反應(yīng)室 冷卻室 189 多晶硅沉積系統(tǒng) 晶圓裝載站 多晶硅沉積反應(yīng)室 晶圓傳輸機(jī)械臂 WSix 沉積反應(yīng)室 冷卻室 RTA反應(yīng)室 190 氮化硅 ? 致密的材料 ? 廣泛的作為擴(kuò)散阻擋層和鈍化保護(hù)介電質(zhì)層 ? 低壓化學(xué)氣相沉積法 (LPCVD)【 前段 】 和電漿增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法 (PECVD)【 后段 】 ? LPCVD氮化硅制程經(jīng)常使用一個(gè)帶有真空系統(tǒng)的高溫爐 191 氮化硅的應(yīng)用 ? 硅的局部氧化形成制程做為阻擋氧氣擴(kuò)散的遮蔽氧化層 ? 在淺溝槽絕緣形成的制程，被當(dāng)作化學(xué)機(jī)械研磨的停止層 ? 金屬沉積前的介電質(zhì)層做為摻雜物的擴(kuò)散阻擋層 ? 蝕刻停止層 192 硅的局部氧化 (LOCOS)制程 氮化硅 P型基板 P型基板 氮化硅 p+ p+ p+ 隔絕摻雜 P型基板 p+ p+ p+ 絕緣摻雜 SiO2 襯墊氧化層 襯墊氧化 , 氮化硅沉積和圖案化 LOCOS氧化 氮化硅和襯墊氧化層剝除 鳥(niǎo)嘴 SiO2 193 淺溝槽絕緣制程 硅 襯墊氧化層 氮化硅 襯墊氧化層和 LPCVD氮化硅 硅 襯墊氧化層 氮化硅 蝕刻氮化硅和襯墊氧化層 光阻 光阻 硅 襯墊氧化層 氮化硅 剝除光阻 194 淺溝槽絕緣制程的襯墊氧化層與阻擋氧化層 硅 襯墊氧化層 氮化硅 硅 襯墊氧化層 氮化硅 硅 未摻雜硅玻璃 未摻雜硅玻璃 阻擋氧化層 溝槽蝕刻 溝槽填充 未摻雜硅玻璃 化學(xué)氣相沉積 法 。C ? 鈦剝除 ,H2O2:H2SO2 155 鈦金屬硅化物制程 鈦 n+ n+ STI p+ p+ USG 多晶硅 n+ n+ USG USG STI 鈦金屬硅化物 n+ n+ USG p+ p+ USG STI 鈦金屬硅化物 側(cè)壁空間層 Ti沉積 退火 Ti剝除 p+ p+ 156 鋁硅合金 ? 在硅的表面生成 ? 防止硅鋁交互擴(kuò)散造成尖凸現(xiàn)象 ( junction spiking) 157 p+ p+ 接面尖凸現(xiàn)象 N型硅 Al Al Al SiO2 158 再流動(dòng) ? 流動(dòng)的表面圓滑平坦 ? 使微影技術(shù)和金屬化制程更容易 ? 溫度越高，流動(dòng)結(jié)果越好 ? 熱積存決定再流動(dòng)的溫度和時(shí)間 ? 較高的摻雜物濃度需要較低的流動(dòng)溫度 159 PSG再流動(dòng)制程說(shuō)明 P型基片 p+ p+ N型井區(qū) SiO2 n+ n+ p+ p+ LOCOS PSG P型基片 p+ p+ N型井區(qū) SiO2 n+ n+ p+ p+ LOCOS PSG As沉積 再流動(dòng)后 160 再流動(dòng) ? 未摻雜硅玻璃 (USG)在非常高溫 (T 1500 176。C水 1200 176。C)后，以高壓凈化或浸在加熱的浸泡槽中 . 氧化前晶圓的清洗 有機(jī)污染物移除 62 ? HCl:H2O. ? 在去離子水洗滌 , 旋干 且 / 或 烘干 (100 到 125 176。C的熱容量 29 水平式高溫爐 ? 包含 3~4個(gè)爐管 (反應(yīng)室 ) ? 每一個(gè)爐管的溫度控制系統(tǒng)分開(kāi) 30 水平高溫爐 中心帶區(qū) 平坦帶區(qū) 距離 溫度 加熱線圈 石英爐管 氣流 晶圓 31 高溫爐 ? 晶圓清洗站 ? 晶圓裝載站 – 手動(dòng)晶圓裝載 – 自動(dòng)晶圓裝載 ? 氧化制程自動(dòng)化 32 垂直石英爐 ? 制程管以垂直方向置放 ? 較小的占地面積 ? 較好的污染物控制 ? 較好的晶圓控制 ? 較低的維護(hù)成本和較高的晶圓處理量 33 制程反應(yīng)室 晶圓 塔架 加熱器 垂直高溫爐 ,裝載和卸除的位置 34 較小的占地空間 ? 先進(jìn)生產(chǎn)工廠的無(wú)塵室空間相當(dāng)昂貴 ? 小的占地面積降低建造成本 【 cost of ownership (COO)】 35 較好的污染物控制 ? 氣體流動(dòng)從上到下 ? 對(duì)于層氣流的控制有較好的均勻性 ? 粒子大部分落在最上面的晶圓，而不會(huì)掉到底下的晶圓 36 較好的晶圓控制 ? 當(dāng)控制較大直徑尺寸的晶圓數(shù)量時(shí)，作用在水平爐管的承載架的力矩也很高 ? 在垂直高溫爐的晶圓塔架則是零力矩 37 硬件 設(shè)備綜述 ? 高溫爐經(jīng)常使用在加熱制程 ? 高溫爐一般包括控制系統(tǒng)、氣體輸送系統(tǒng)、制程爐管或反應(yīng)室、晶圓裝載系統(tǒng)和氣體排放系統(tǒng) . ? 垂直高溫爐因?yàn)橛休^小的占地面積、較好的污染物控制和較低的維護(hù)成本因此被廣泛使用 . ? 精確的溫度控制和均勻性是加熱制程成功的首要因素 . 38 氧化 39 氧化 ? 簡(jiǎn)介 ? 應(yīng)用 ? 機(jī)制 ? 制程 ? 系統(tǒng) ? 快速加熱氧化 40 簡(jiǎn)介 ? 硅和氧產(chǎn)生反應(yīng) ? 產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物 ? 廣泛的使用在 IC制造 Si + O2 ? SiO2 41 二氧化硅 硅 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 原生 硅表面 45% 55% O2 O2 O2 O2 O2 硅氧化制程 42 硅元素的事實(shí) 名稱 硅 符號(hào) Si 原子序 14 原子量 發(fā)現(xiàn)者 鐘斯、杰可柏、柏塞利爾斯 發(fā)現(xiàn)地點(diǎn) 瑞典 發(fā)現(xiàn)日期 1824 名稱來(lái)源 由拉丁字 silicis衍生而來(lái)，意指火石 單晶硅的鍵長(zhǎng)度 固體密度 摩爾體積 3 音速 2200m/sec 硬度 電阻系數(shù) 100,000 mW ?cm 反射率 28% 熔點(diǎn) 1414。 氮化硅 和 襯墊氧化層剝除 STI制程中的襯墊氧化層和阻擋氧化層 49 襯墊氧化層的應(yīng)用 氮化硅 硅基片 襯墊氧化層 ? 緩沖氮化硅的高應(yīng)力張力 ? 預(yù)防應(yīng)力產(chǎn)生硅的缺陷 50 組件絕緣的應(yīng)用 ? 相鄰組件間的電性絕緣 ? 全區(qū)覆蓋式氧化層 ? 硅的局部氧化 (LOCOS) ? 厚的氧化層厚度 , 通常 是 3,000到 10,000197。C 1050 176。 C 1000197。C/sec) – 較高的溫度 (上升到 1200 176。C， 退火速率較擴(kuò)散為快 ? 布植后的制程需要高溫與溫度急升 ? 單晶圓快速加熱制程工具已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用 213 退火和摻雜物擴(kuò)散 ? 高溫?fù)诫s物原子的擴(kuò)散 ? 高溫爐由于熱容量較大使得升溫速率較低 (~10 176。 11:55:0111:55:0111:553/19/2023 11:55:01 AM ? 1成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。 2023年 3月 上午 11時(shí) 55分 :55March 19, 2023 ? 1業(yè)余生活要有意義，不要越軌。 2023年 3月 上午 11時(shí) 55分 :55March 19, 2023 ? 1少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。 11:55:0111:55:0111:553/19/2023 11:55:01 AM ? 1以我獨(dú)沈久，愧君相見(jiàn)頻。C沉積多晶硅 ? T 550 176。 C 5大氣壓 1小時(shí) 25大氣壓 12 分鐘 成長(zhǎng) 10,000197。C 1050 176。 絕緣 60年代到 90年代 襯墊氧化層 100 200197。1 Chapter 5 加熱制程 王紅江， Ph. D. 2 目標(biāo) ? 列出三種加熱制程 ? 描述集成電路制造的熱制程 ? 描述熱氧化制程 ? 說(shuō)明快速加熱制程 (RTP)的優(yōu)點(diǎn) 3 主題 ? 簡(jiǎn)介 ? 硬設(shè)備 ? 氧化 ? 擴(kuò)散 ? 退火 – 離子注入 后退火 – 合金熱處理 – 再流動(dòng) ? 高溫化學(xué)氣相沉積法 (CVD) – 外延硅沉積 – 多晶硅沉積 – 氮化硅沉積 ? 快速加熱制程(RTP)系統(tǒng) – 快速加熱退火 – 快速加熱氧化 ? 未來(lái)的趨勢(shì) 4 定義 ? 熱制程是在高溫操作的制造程序，其溫度經(jīng)常較鋁的熔點(diǎn)高 ? 加熱制程通常在高溫爐進(jìn)行，一般稱之為擴(kuò)散爐 ? 早期的半導(dǎo)體工業(yè)已廣泛的應(yīng)用在擴(kuò)散摻雜的制程 5 簡(jiǎn)介 ? 硅的優(yōu)點(diǎn) – 高豐量 , 價(jià)格便宜 – 穩(wěn)定且容易與氧化合 ? 早期的集成電路制造，氧化和擴(kuò)散是制程中的支柱 6 集成電路制程流程 材料 設(shè)計(jì) 光 刻 集成電路生產(chǎn)廠房 測(cè)試 封裝 最后測(cè)試 加熱 制程 光刻 離子注入 去光刻膠 金屬化 化學(xué)機(jī)械研磨 介質(zhì)沉積 晶圓 刻蝕去 光刻膠 7 硬件 設(shè)備 總覽 8 水平式爐管 ? 熱制程中一般使用的工具 ? 一般稱為擴(kuò)散爐 ? 石英管內(nèi)部有一陶瓷內(nèi)襯稱為馬弗 (muffle) ? 屬于多重管路系統(tǒng) 9 氣體輸送系統(tǒng) 制程爐管 排氣 裝載系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 水平式爐管的布局圖 10 計(jì)算機(jī) 微控器 微控器 微控器 微控器 微控