【文章內(nèi)容簡介】 通入制程氮氣氣流 ? 通入制程氮氣氣流以及大量的氧氣 ? 通入制程氮氣氣流和氧氣：把晶舟推入爐管 ? 通入制程氮氣氣流和氧氣： 開始升高溫度 ? 通入制程氮氣氣流和氧氣：穩(wěn)定爐管溫度 ? 注入大量氧氣并關(guān)掉氮氣氣流 ? 穩(wěn)定氧氣氣流 94 濕氧氧化制程步驟 ? 打開氫氣流并將之點燃；穩(wěn)定氫氣氣流 ? 利用氧氣和氫氣氣流進行蒸氣氧化反應(yīng) ? 關(guān)閉氫氣，氧氣氣流繼續(xù)通入 ? 關(guān)閉氧氣，開始通入制程氮氣氣流 ? 在制程氮氣氣流下開始降溫 ? 在制程氮氣氣流下將晶舟拉出 ? 閑置時通入制程氮氣氣流 ? 對下一批晶舟重復(fù)上述制程 ? 閑置時通入吹除凈化氮氣氣流 95 ? 次微米深度組件的匣極氧化層 ? 非常薄的氧化薄膜 , 30 197。 ? 在高溫時有較佳的溫度 控制 ,晶圓內(nèi)以及晶圓對晶圓的均勻性 . ? 為達(dá)到組件的需求使用快速加熱氧化制程 . 快速加熱氧化 96 時間 升溫 1及 升溫 2 降溫 RTA 裝載晶圓 卸除晶圓 RTO O2 流量 N2 流量 HCl流量 溫度 快速加熱氧化 (RTO)制程示意圖 97 高壓氧化 ? 較快的成長速率 ? 降低氧化的溫度 : – 1大氣壓 . = –30 176。C ? 較高的介電質(zhì)強度 98 高壓氧化系統(tǒng)示意圖 高壓惰性氣體 高壓氧化物氣體 不銹鋼套管 石英制程反應(yīng)室 99 高壓氧化 溫度 壓力 時間 1 大氣壓 5 小時 1000 。 C 5大氣壓 1小時 25大氣壓 12 分鐘 成長 10,000197。厚的濕氧氧化層的氧化時間 100 高壓氧化 時間 壓力 溫度 1 大氣壓 1000 。 C 5 小時 10大氣壓 700 在五小時內(nèi)成 長 10,000197。厚的濕氧氧化層的氧化溫度 。 C 101 高壓氧化 ? 復(fù)雜系統(tǒng) ? 安全爭點 ? 先進半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠并不愛用高壓氧化技術(shù) 102 測量氧化層 ? 厚度 ? 均勻性 ? 色彩對照表 ? 橢圓光譜儀 ? 反射光譜儀 ? 匣極氧化層 ? 崩潰電壓 ? CV曲線特征 103 線性偏極入射光 橢圓偏極反射光 n 1 ,k 1 , t 1 n 2 , k 2 s p 橢圓光譜儀系統(tǒng) 104 t 2 1 基片 介電質(zhì)薄膜 ,n(l) 入射光 人眼或光傳感器 反射光及相差 (反射光譜儀 ) 105 CV測試結(jié)構(gòu) 電容計 鋁 金屬平臺 硅 氧化層 大電阻 加熱器 加熱器 106 氧化層概要 ? 硅的氧化反應(yīng) ? 高穩(wěn)定度及相對容易 ? 應(yīng)用 – 絕緣 , 遮蔽 ,襯墊 ,阻擋 ,匣極氧化層和其他等 . ? 濕式氧化過程和干式氧化過程 ? 先進的 IC芯片多使用干式氧化過程 ? 在超薄匣極氧化層使用快速加熱氧化和退火制程 107 擴散 108 擴散 ? 擴散是常見的物理現(xiàn)象 ? 物質(zhì)散布方向是從高濃度到低濃度 ? 二氧化硅做為擴散的遮蔽層 ? 在半導(dǎo)體制程的摻雜中廣泛的使用 ? ―擴散爐” 和 ―擴散區(qū)間” 109 擴散摻雜制程說明 摻雜物 硅 110 擴散摻雜制程說明 摻雜物 硅 接面深度 111 接面深度的定義 摻雜物的背景濃度 接面深度 ,xj 到晶圓表面的距離 摻雜物濃度 112 擴散 N型硅 遮蔽氧化層 N型硅 p + p + 遮蔽氧化層 113 擴散 ? 基于較少制程控制的因素，被離子布植制程取代 ? 仍被使用在形成井 (well)的制程 114 熱積存 ? 高溫下?lián)诫s物的原子擴散較快 D = D0 exp (–EA/kT) ? 較小的圖形尺寸 , 較少的空間提供摻雜物熱擴散 ， 較少的熱積存 ? 熱積存在驅(qū)入階段決定離子布植后熱制程的溫度和時間 115 S/D布植 過量的熱積存 匣極 熱積存的說明 116 1mm 1 10 100 1000 104/T (K) 7 8 9 10 1000 1100 900 800 2mm 熱積存 (sec) T (?C) 數(shù)據(jù)源 :Chang and Sze,ULSI Technology 熱積存 117 擴散摻雜制程 ? 摻雜物濃度與接面深度兩者與溫度相關(guān) ? 沒有方法可以單獨控制兩個因素 ? 摻雜物等向擴散的剖面 ? 1970年代中期被離子布植制程取代 118 擴散摻雜制程 ? 二氧化硅做為不易通過的遮蔽 ? 沉積摻雜物氧化層 ? 覆蓋層氧化反應(yīng) – 預(yù)防摻雜物擴散到氣態(tài) ? 驅(qū)入 119 擴散摻雜制程 ? 氧化 , 微影制程技術(shù) 和 氧化蝕刻 ? 預(yù)積 : B2H6 + 2 O2 ? B2O3 + 3 H2O ? 覆蓋層氧化反應(yīng) : 2B2O3 + 3 Si? 3 SiO2 + 4 B 2H2O + Si? SiO2 + 2 H2 ? 驅(qū)入 –硼擴散到硅基片 120 擴散摻雜制程 ? 氧化 , 微影制程技術(shù) 和 氧化蝕刻 ? 沉積擴散物氧化 : 4POCl3 + 3O2 ? 2P2O5 + 3Cl2 ? 覆蓋氧化反應(yīng) 2P2O5 + 5Si ? 5SiO2 + 4P – 磷集中在硅表面 ? 驅(qū)入 – 磷擴散的硅基片 121 MFC MFC MFC 控制閥 調(diào)壓器 制程氮氣 吹除凈化氮氣 O 2 POCl3 MFC 洗滌室 排氣 制程爐管 晶圓 燃燒室 磷擴散系統(tǒng) 122 硅基片 晶圓清洗 123 硅基片 氧化 二氧化硅 124 硅基片 二氧化硅 光阻 摻雜分區(qū)圖形 125 硅基片 二氧化硅 光阻 二氧化硅蝕刻 126 硅基片 光阻剝除 二氧化硅 127 硅基片 晶圓清洗 二氧化硅 128 硅基片 摻雜物氧化沉積 二氧化硅 摻雜氧化物 129 硅基片 覆蓋氧化反應(yīng) 二氧化硅 130 五氧化二磷氧化沉積和覆蓋氧化反應(yīng) N2 流量 POCl3 流量 O2 流量 推 拉 溫度升高 溫度穩(wěn)定 . 摻雜沉積 覆蓋氧化反應(yīng) 溫度下降 晶圓位置 溫度 釋入氮氣 131 驅(qū)入 硅基片 二氧化硅 132 硅基片 剝除氧化層 , 準(zhǔn)備下一步 二氧化硅 133 非晶硅驅(qū)入 溫度 氮流量 氧流量 推 溫度升高 溫度穩(wěn)定 . 驅(qū)入 晶圓位置 拉 溫度下降 穩(wěn)定 134 限制與應(yīng)用 ? 擴散是等向性的制程，而且吸附在遮蔽氧化層的底層 ? 無法單獨控制接面深度和摻雜物的濃度 ? 用來做為井區(qū)布植驅(qū)入 ? 為了超淺接面 (ultra shallow junction,USJ)的形成進行研發(fā) 135 擴散的應(yīng)用 : 驅(qū)入 ? 井區(qū)有最深的接面深度 ? 需要非常高的離子布植能量 ? 百萬電子伏特的離子布植成本非常的高 ? 當(dāng)退火時，擴散可以幫助驅(qū)使摻雜物到想要的接面深度 136 P型外延 光阻 N型井區(qū) P+ P型外延 N型井區(qū) 井區(qū)布植和驅(qū)入 137 利用硼的擴散在超淺接面形成的制程 ? 小組件需要超淺接面 ? 硼本身具有小和輕的特質(zhì)，可以具有高布植能以達(dá)到深度的要求 ? 在研發(fā)淺接面形成時，應(yīng)用可控制的熱擴散制程 138 表面清洗 硅基片 淺溝槽絕緣 淺溝槽絕緣 金屬硅化合物 側(cè)壁空間層 側(cè)壁空間層 139 硼硅玻璃化學(xué)氣相沉積法 硅基片 淺溝槽絕緣 淺溝槽絕緣 硼硅玻璃 金屬硅化合物 側(cè)壁空間層 側(cè)壁空間層 140 快速加熱步驟摻雜物驅(qū)入 硅基片 淺溝槽絕緣 硼硅玻璃 淺溝槽絕緣 金屬硅化合物 多晶硅 匣極氧化層 141 剝除硼硅玻璃 硅基片 淺溝槽絕緣 淺溝槽絕緣 金屬硅化合物 多晶硅 匣極氧化層 142 摻雜的量測 ? 四點探針 Rs =r/t 143 四點探針測量 S1 S2 S3 P1 P2 P3 P4 V I 基片 摻雜區(qū)域 144 擴散的概要 ? 擴散的物理機制容易理解 ? 在早期 IC制造的制程，擴散廣泛使用在摻雜制程 ? 1970年代中期之后被離子布植技術(shù)取代 145 退火和快速加熱制程 146 布植后退火 ? 能量較高的離子會損傷晶格結(jié)構(gòu) ? 非晶硅有較高的電阻系數(shù) ? 需要額外的能量 (如：熱 )來幫助原子回復(fù)晶格結(jié)構(gòu) ? 僅僅單晶結(jié)構(gòu)的摻雜物可以被活化 147 布植后退火 ? 單晶結(jié)構(gòu)有最低的位能 ? 原子傾向于停留在晶格位置 ? 熱能提供原子作快速熱運動所需要的能量 ? 原子尋找并停留在位能最低的單晶晶格位置 ? 溫度越高 , 退火越快 148 晶格原子 離子布值之前 149 摻雜原子 晶格原子 離子布值之后 150 摻雜原子 晶格原子 晶體缺陷 151 晶格原子 摻雜原子 退火制程 152 合金熱處理 ? 幫助不同原子彼此結(jié)合成化學(xué)鍵形成金屬合金的加熱制程 . ? 廣泛的用在金屬硅化物的形成 ? 自我對準(zhǔn)金屬硅化物 (salicide) – 鈦金屬硅化合物 ,TiSi2 – 鈷金屬硅化物 ,CoSi2 ? 高溫爐和快速加熱制程 153 金屬硅化物 ? 較多晶硅的電阻低 ? 做為匣極材料和金氧半晶體管的區(qū)域內(nèi)部聯(lián)機 ? 做為電容電極 ? 增進組件的速度和減少熱的產(chǎn)生 ? TiSi2, WSi2 是最常被使用的金屬硅化物 ? CoSi2, MoSi2等亦被使用 154 鈦金屬硅化物制程 ? 氬氣濺鍍清洗 ? 鈦 物理氣相沉積 ? 快速加熱制程退火 , ~700 176。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 ? 防止硅鋁交互擴散造成尖凸現(xiàn)象 ( junction spiking) 157 p+ p+ 接面尖凸現(xiàn)象 N型硅