曾聰杰-集成電路工藝

1、集成電路工藝制造模擬實驗 姓 名： 曾聰杰 學 號： 111300203 年 級： 2013 指導老師： 魏榕山 2016年5月1日工藝模擬實驗一 氧化工藝模擬一實驗原理 在本系統(tǒng)中預先采用SUPREM-III進行氧化工藝模擬，將晶向、氧化溫度、氧化時間、氧化厚度等多組數據，一一對應地存儲于Foxpro數據庫表中，用ODBC技術實現Authorware和Foxpro數據庫開放式連接。實驗中通過相關查詢，在Authorware內部再利用插值方式，對操作者給出的晶向、氧化溫度、氧化時間等進行簡單計算后，給出模擬結果。考慮到系統(tǒng)應用于教學而非工程計算，因此采用了數據庫查詢加差值數據擬合而非實時計算完

2、成模擬，避免了長時間的工程計算。二實驗目的 系統(tǒng)提供了實際氧化爐設備操作面板，在計算機上完成氧化工藝控制程序的編輯以及氧化爐的操作，并得到相應操作的模擬結果。從而對氧化工藝操作過程有簡單直觀的了解。三 實驗內容1 分別在干氧、濕氧兩種條件下固定溫度，三次改變時間和固定時間、三次改變溫度各重復進行氧化工藝模擬，并記錄12組原始數據：條件和氧化層厚度，分析模擬實驗結果。濕氧條件下：干氧條件下：分析：在同樣的晶向下，上圖顯示了晶片在干氧、濕氧兩種條件下改變溫度和時間得到的不同氧化深度。 在濕氧條件下，保持氧化溫度不變，改變氧化時間的長度，可以發(fā)現，晶片的氧化厚度隨著時間的增加而增加。 在濕氧條件下，

3、保持氧化時間不變，改變氧化溫度的大小，發(fā)現，晶片的氧化厚度也隨著溫度的增加而增加。 在干氧條件下，保持氧化溫度不變，改變氧化時間的長度，可以發(fā)現氧化厚度雖然也隨著時間的變長而變厚，但變化程度不大，其相對于濕氧條件下，厚度的增加不明顯。 在干氧條件下，保持氧化時間不變，改變氧化溫度的大小，發(fā)現溫度的變化使得氧化深度的大小變化很大。 因此，氧化深度的影響因素主要有溫度，時間，和氧氣的環(huán)境（即干濕氧）。其中在相同條件，濕氧的環(huán)境下對氧化厚度的影響更大。 2、找3組課外作業(yè)的計算結果與模擬結果進行分析比較，解釋出現偏差的各種原因。硅片熱氧化生長遵從如下公式：t2oxAtoxB(t+)，其中tox為硅片

4、經過t時間后SiO2的生長厚度(m)；B為拋物線速率系數(m2/h)；B/A為線性速率系數(m/h)；為生成初始氧化層（同一工藝參數）所用的時間(h)。假設：950下水汽氧化相關工藝參數分別為：A=0.50m，B=0.20m2/h；1100下干氧氧化相關工藝參數分別為：A=0.09m，B=0.03m2/h（1）1 h內干氧在1100生成的SiO2厚度（m）： t2ox+AtoxB(t+)，又初始氧化層厚度為0；1(t2ox+Atox)/B=0ht2oxAtoxB(t+1)，又t1=1ht2ox0.09tox0.03(1+0)；即tox0.1339m（2）2h內濕氧水汽氧化所生成的SiO2厚度（

5、m）t2oxAtoxB(t2+2)，又t=1h；t2ox0.5tox0.2(1+0.25)；即tox0.3659m； 3、分析出現偏差的原因生長的快慢將由氧化劑在SiO2種的擴散速度以及與Si反應速度中較慢的一個因素所決定，因此出現偏差的原因有可能是未考慮氧化劑的擴散速度，或者還有其他因素未考慮。4、分析氧化工藝中的工藝參數對氧化結果的影響（1） 、濕氧氧化速率比干氧氧化速率快得多。雖然干氧方法的生長速度很慢，但生長的SiO2薄膜結構致密，干燥，均勻性和重復性好，且由于SiO2表面與光刻膠接觸良好，光刻時不易浮膠。而濕氧氧化速率雖然快，但在氧化后的Si片表面存在較多的位錯和腐蝕坑，而且還存在著

6、一層使O2表面與光刻膠接觸差的硅烷醇（SiOH)，因此在生產實踐中，普遍采用干氧濕氧干氧交替的氧化方式。這種干、濕氧的交替氧化方式解決了生長速率和質量之間的矛盾，使生長的iO2薄膜更好地滿足實際生產的要求。（2） 溫度的影響：在一定條件下，溫度越高，氧化厚度越大。（3） 時間的影響：在一定條件下，隨著時間的增長，氧化厚度越大。實驗二：擴散工藝模擬實驗一實驗原理 在本系統(tǒng)中預先采用SUPREM-III進行擴散工藝模擬，將晶向、擴散溫度、擴散時間、擴散結深、方塊電阻多組數據，一一對應地存儲于Foxpro數據庫表中，用ODBC技術實現Authorware和Foxpro數據庫開放式連接。實驗中通過相關

7、查詢，在Authorware內部再利用插值方式，對操作者給出的晶向、擴散溫度、擴散結深、方塊電阻等進行簡單計算后，給出模擬結果?？紤]到系統(tǒng)應用于教學而非工程計算，因此采用了數據庫查詢加差值數據擬合而非實時計算完成模擬，避免了長時間的工程計算。二實驗目的 系統(tǒng)提供了實際擴散爐設備操作面板，在計算機上完成擴散工藝控制程序的編輯以及擴散爐的操作，并得到相應操作的模擬結果。從而對擴散工藝操作過程有簡單直觀的了解。三實驗內容1 分別以硼、磷為擴散源，進行固定溫度，三次改變時間和固定時間、三次改變溫度各重復進行擴散工藝模擬實驗，記錄原始數據：條件及結深、方塊電阻等。2 結論：總結分析擴散工藝中的工藝參數對

8、擴散結果的影響。（1）雜質類型對擴散結果的影響：從圖中可以看到，在相同溫度和擴散時間下，p類型雜質的結深要比B大。這是由于P源擴散反應與B源擴散反應的產生的SiO2量不同，而擴散源在SiO2中的擴散非常慢，SiO2起到一種屏蔽作用。 擴硼的雜質源均是先分解或化合產生B2O3 ，再與表面硅反應產生單質B并向硅內擴散。2B2O3 + 3Si = 4B + 3SiO2 磷擴散源很多，其共性在于先生成P2O5 ，再與硅反應生成單質磷向硅內擴散。 2P2O5 + 5Si = 4P + 5SiO2 如上可知生成同樣的SiO2，所需的硼源越多，這就相當于雜質濃度降低了（2）擴散時間對擴散結果的影響：由結深

9、可得，擴散時間越長，結深越大，模擬結果得到相似的結果。（3）溫度對擴散結果的影響：如圖可知，溫度越大，結深越大，即擴散深度越深。由于溫度越高，原子被激發(fā)的概率越高，替位式擴散越容易。（4）方塊電阻：擴散層薄層電阻是反映擴散層質量符合設計要求與否的重要工藝指標之一。對應于一對確定數值的結深和薄層電阻，擴散層的雜質分布是確定的。也就是說，把薄層 電阻的測量同結深的測量結合起來，我們就能夠了解到擴散入硅片內部雜質的具體分布。深入了解薄層電阻的定義和測試方法，對我們控制擴散條件和提高產品質量 具有十分現實的意義。實驗三： 離子注入工藝模擬A .離子注入工藝原理一實驗原理利用Authorware、3DS

10、 max、Photoshop等工具制作圖形、動畫及聲音解說，展示離子注入原理課件。二實驗目的掌握離子注入原理，了解離子注入設備和工藝過程，理解離子注入損傷的形成，并對離子注入在IC中的應用有清晰的認識。三 實驗內容1 簡要說明離子注入的原理與設備組成（1）離子注入原理:離子是原子或分子經過離子化后形成的，即等離子體，它帶有一定量的電荷?？赏ㄟ^電場對離子進行加速，利用磁場使其運動方向改變，這樣就可以控制離子以一定的能量進入wafer內部達到摻雜的目的。離子注入到wafer中后，會與硅原子碰撞而損失能量，能量耗盡離子就會停在wafer中某位置。離子通過與硅原子的碰撞將能量傳遞給硅原子，使得硅原子成

11、為新的入射粒子，新入射離子又會與其它硅原子碰撞，形成連鎖反應。雜質在wafer中移動會產生一條晶格受損路徑，損傷情況取決于雜質離子的輕重，這使硅原子離開格點位置，形成點缺陷，甚至導致襯底由晶體結構變?yōu)榉蔷w結構。（2） 設備組成： 離子注入機離子注入機的主要部件有：離子源、離子束吸取電極、質量分析器、加速器、聚焦器、掃描系統(tǒng)、終端系統(tǒng)以及工藝室等。 2 說明注入損傷的形成及解決辦法形成：離子注入會對晶格造成損傷，這使硅原子離開格點位置，形成點缺陷，甚至導致襯底由晶體結構變?yōu)榉蔷w結構。 解決辦法：通過退火能修復晶格缺陷。缺陷修復需要500的溫度，雜質的激活需要950的高溫，有高溫爐退火和快速熱

12、退化兩種方法。高溫爐退火是在8001000的高溫下加熱30分鐘，因會導致雜質再分布，不常采用；快速熱退火采用快速升溫并在1000的高溫下保持很短的時間，可達到最佳效果。3 總結離子注入的優(yōu)缺點和應用 優(yōu)點：（1）注入的離子經過質量分析器的分析，純度很高、能量單一。而且注入環(huán)境清潔、干燥，大大降低了雜質污染。（2）注入劑量可精確控制，雜質均勻度高達1%；（3）注入在中低溫度下進行，二氧化硅、光刻膠、氮化硅等都可以作為注入時的掩蔽層。襯底溫度低，就避免了高溫擴散所引起的熱缺陷；（4）離子注入是一個非平衡過程，不受雜質在襯底中的固溶 度限制；（5） 工藝條件容易控制缺點：（1）離子注入的橫向摻雜效應

13、比擴散大大減少了；（2）離子注入最大的缺點就是高能離子轟擊wafer對晶格結構造成的損傷；應用： 金屬材料改性、延長模具的使用壽命、離子注入技術在半導體器件制造中的具體應用如柵閥值調整（Threshold Adjust）,Halo 注入等;源極,漏極的形成和多晶硅柵極的摻雜。N/P井的形成,倒摻雜井（retrograde well）等 B.離子注入設備介紹和工藝模擬實驗一 實驗原理在本系統(tǒng)中預先采用SUPREM-III進行離子注入工藝模擬，將晶向、離子注入能量、離子注入劑量、離子注入雜質分布濃度等多組數據，一一對應地存儲于Foxpro數據庫表中，用ODBC技術實現Authorware和Foxp

14、ro數據庫開放式連接。實驗中通過相關查詢，在Authorware內部再利用插值方式，對操作者給出的晶向、離子注入劑量、離子注入雜質分布濃度等進行簡單計算后，給出模擬結果?？紤]到系統(tǒng)應用于教學而非工程計算，因此采用了數據庫查詢加差值數據擬合而非實時計算完成模擬，避免了長時間的工程計算。二. 實驗目的 系統(tǒng)提供學習了解實際離子注入設備各個部分的結構和功能，并在計算機上完成離子注入工藝初始條件的編輯以及離子注入工藝模擬，得到相應操作的模擬結果及雜質濃度分布曲線。而且還能對不同初始條件下的模擬結果曲線進行比較。從而使學生對離子注入原理及工藝操作過程有簡單直觀的了解。并根據注入模擬的曲線粗略的計算出注入

15、的結深, 以及比較在不同初始條件下曲線的變化情況(如:固定劑量, 改變初始能量)下曲線的變化。用戶還可以完成諸如為了得到一定的注入深度, 而調節(jié)各項參數的工作。三 實驗內容1 原始數據記錄：A. 離子注入機原理結構B. 實驗模擬初始條件及結果（表）共六組數據：固定能量改變注入劑量（大、中、?。┤魏凸潭▌┝扛淖冏⑷肽芰咳巍＃?）保持初始能量不變，改變注入劑量大小（2）保持劑量不變，改變初始能量大小。C. 相應雜質濃度分布曲線，標明結深。（1）保持初始能量不變，改變劑量大小初始能量為150Keva、 注入劑量為1e11 (atom/cm2) 結深為0.33microb、 注入劑量為1e13(atom/cm2) 結深為0.55microc、 注入劑量為1e15 (atom/cm2) 結深為0.67micro（2）保