POCL3多晶摻雜工藝的應(yīng)用研究基礎(chǔ)科研總結(jié)

1、P0CL3多晶摻雜工藝的應(yīng)用研究一、課題來源1、由于多晶采用注磷摻雜劑量特別大，注入時(shí)間比較長(zhǎng)，嚴(yán)重占用了注入的 產(chǎn)能，使得注入成為VDMOS不斷上量的瓶頸工序；P0CL3摻雜的引入能夠緩解注入 機(jī)的壓力，同時(shí)釋放注入的產(chǎn)能用于其他工序注入，提升VDMOS月產(chǎn)能；2、按照原多晶摻雜流程，需要在多晶注入后再增加一道多晶去膠，而改為 P0CL3摻雜后只需用5%HF作業(yè)簡(jiǎn)單的后處理，可以減少多品表面因去膠的顆粒沾 污。同時(shí)，原工藝多晶注磷加多晶去膠的單片成本是10.31元，新工藝P0CL3多 晶摻雜的單片成本是5. 91元，P0CL3工藝節(jié)省的成本近一倍，更能起到將本的作 用。3、多品注入摻雜到一定

2、程度后很難再提升摻雜濃度，且即使提升成本卻更大; 但P0LCL3通過工藝時(shí)間的改變能比較方便的實(shí)現(xiàn)此功能；對(duì)后續(xù)產(chǎn)品可靠性的提 升及改善余地更大。二、科研目標(biāo)1、P0C13多晶摻雜工藝的應(yīng)用研究；2、對(duì)P0CL3摻雜工藝進(jìn)行優(yōu)化，保證產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性；3、固化P0CL3摻雜工藝的作業(yè)流程及作業(yè)方法。技術(shù)措施：更改多晶摻雜流程，變更前VDMOS產(chǎn)品多晶摻雜均采用GSD離子注入機(jī)多晶注磷 的方式進(jìn)行，流程為： 多晶淀積 多晶注磷（GSD離子注入機(jī)）多晶去膠變更后VDMOS多晶摻雜采用P0CL3多晶摻雜，流程為： 多晶淀積 三氯氯，磷預(yù)淀積(Centrotherm 12T#爐管)其中，三氯氧磷預(yù)淀

3、積整個(gè)工序包含了摻雜預(yù)淀積和預(yù)淀積的后處理過程。三、成本預(yù)算1、主材費(fèi)用：24片*300元=7200元;2、加工流片費(fèi)用：18 片* (9.9+9+5.91+4.32)元+6 片* (9. 9+9+5.91)元二673元3、成本合計(jì)：7873元四、研究過程及措施根據(jù)公司產(chǎn)能擴(kuò)充的要求，多晶摻雜由于使用注入機(jī)注入的方式做片，因此 成為制約產(chǎn)能提升的關(guān)鍵因素。多晶摻雜工藝采用注入方式，不僅極大占用注入 機(jī)產(chǎn)能，增加一步去膠工序，且流程長(zhǎng)、單片成本較高。因此研究其它摻雜方式 是否能替代現(xiàn)有注入方式摻雜成為必然。根據(jù)生產(chǎn)線上的實(shí)際情況，我們選擇用 P0CL3摻雜替代注入摻雜，具體的研究方案及進(jìn)度如下：

4、 1、一季度：P0C13多晶摻雜工藝的理論研究及可行性分析。2、二季度：P0CL3多晶摻雜單項(xiàng)工藝驗(yàn)證。3、三季度：產(chǎn)品驗(yàn)證4、四季度：項(xiàng)目總結(jié)（一）P0CL3理論研究早期柵氧后所長(zhǎng)多晶采用磷擴(kuò)散摻雜，隨集成電路集成度的提高，關(guān)鍵尺 寸（CD）越來越小，此種方法已逐漸淘汰，但在一些功率器件及太陽能器件生產(chǎn) 中，擴(kuò)散摻雜仍占有一定比例。實(shí)際生產(chǎn)中擴(kuò)散溫度一般為900T200C,在此范圍內(nèi)常用雜質(zhì)如硼、磷、碑等 在硅中的固溶度變化不大，因此只采用恒定表面源擴(kuò)散難以得到低表面濃度及深 結(jié)深的雜質(zhì)分布。為此，通常分兩步進(jìn)行：第一步：預(yù)擴(kuò)散或預(yù)淀積，恒定表面源擴(kuò)散，余誤差分布；第二步：主擴(kuò)散或再分布，有

5、限表面源，高斯分布。dopuni gas一川）Si。、| SiO.Doped Si regionSi三氯氧磷預(yù)淀積是半導(dǎo)體制造過程中常用的摻雜工藝，其工藝原理主要是通 高純氮?dú)鈹y帶P0CL3進(jìn)入爐管，在高溫下P0CL3分解： 一 ,同時(shí)通一定量的氧氣，及分解產(chǎn)物PC15起反應(yīng),改善硅片的表面質(zhì)量，防止侵蝕：II 。P205及硅片表面接觸并及硅原子發(fā)生還原反應(yīng)，生成P原子和SiO2, P原子在高溫下擴(kuò)散進(jìn)入硅 片內(nèi)部： | 一 一 。在淀積后到降溫過程中有一定的再擴(kuò)推結(jié)作用。整 個(gè)工藝過程如下圖所示：工藝溫度由于P0C13是由載氣攜帶從硅片邊緣向中心蔓延的，所以摻雜濃度分市呈現(xiàn)出中 心淡、邊緣濃

6、的特點(diǎn)。溫度、氣體、裝片方式等都是影響均勻性的主要因素。目前，薄片電光源產(chǎn)品的發(fā)射區(qū)摻雜主要采用三氯氧磷預(yù)淀積工藝，此外還 有磷注入工藝、PDS工藝等等，其中三氯氧磷預(yù)淀積在實(shí)際應(yīng)用中占98%以上。根 據(jù)產(chǎn)品類型和摻雜濃度的不同，其工藝溫度范圍為9501100,試片方塊電阻范 圍為1.612Q/口，而多晶注入的方塊電阻在10。/口左右。從以上分析看，P0CL3 多品摻雜摻雜可代替注入多晶摻雜。（二）單道工藝驗(yàn)證為驗(yàn)證多晶摻雜P0CL3的工藝條件，利用現(xiàn)有的設(shè)備及工藝條件，主要通過 作業(yè)單道試驗(yàn)、觀察間隔時(shí)間及表面質(zhì)量關(guān)系來實(shí)施驗(yàn)證方案。P0C13預(yù)淀積在12T#作業(yè)，利用現(xiàn)有的P0C1950工

7、藝條件。1、方塊電阻1.1三氯氧磷預(yù)淀積方塊電阻拉偏條件用現(xiàn)有的950淀積條件進(jìn)行試驗(yàn)，做3個(gè)淀積時(shí)間的拉偏，每次3片。測(cè)量 參數(shù)：淀積后的方塊電阻。工藝條件：P0C1950；設(shè)備：12-1#淀積時(shí)間試片號(hào)原始 Tpoly (A)P0C13 方阻（。/口）16m6pl201708014. 316pl2027085. 215. 866pl2037084. 41614m6pl2047086. 215. 436pl2057092. 217. 716pl206710518. 0212m6pl2077122. 620. 836pl2087149. 417. 146pl2097145. 221.49（1）

8、三個(gè)拉偏試驗(yàn)中試片均放于一個(gè)石英舟上，分別位于E01、E03、E05舟位,定位邊朝上，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示片間、片內(nèi)均勻性均較差。(2)試驗(yàn)所用試片為P (1, 1, 1)晶向，G0X2程序柵氧1300A左右，多晶淀積 7100A左右，氧化層厚度比正片試片厚300A左右，對(duì)測(cè)試多晶層厚度有一定 影響。1. 2均勻性調(diào)整及方塊電阻控制針對(duì)前面拉偏試驗(yàn)均勻性較差，且方塊電阻不能控制在10 Q/口左右，通過調(diào) 整裝片方式，預(yù)淀積時(shí)間等措施來實(shí)現(xiàn)工藝要求。預(yù)淀積工藝條件:P0C1950：設(shè)備：12T#退火工藝條件：PLANN120,設(shè)備：29-4#/26-4#預(yù)淀積退火時(shí)間舟位片號(hào)Ps （ Q/口）均勻性Ps

9、均勻性25mE016P121212. 221. 19%9. 520. 92%E036P121112. 433. 17%9.812. 10%E066P121012. 272.53%9.611.49%22mAOI6P121812.814. 54%9. 692.68%E016P122612. 943.72%9. 923. 11%H516P122712. 843.49%9.82.51%20mE016P122813. 154.31%10. 293. 16%E036P122913.452.31%10. 544. 60%E066P121913. 092.31%10. 333. 16%6 / 2910 / 2

10、9（1）該組試驗(yàn)利用厚片舟裝片，嚴(yán)格按如下要求裝片。具體裝片方式為：厚片舟 裝片；假片片距4. 76mm,定位邊朝上；試片片距4. 76mm或7. 14mm （正面朝 爐口），定位邊朝上，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知以上方案均能滿足要求。通過多組試 驗(yàn)驗(yàn)證，排除裝片錯(cuò)誤等因素，爐內(nèi)、同一舟上試片退火后均勻性均能控制 在5%以內(nèi)。（2）考慮DMOS正片生產(chǎn)過程中，多晶磷注入后會(huì)有一 P阱推結(jié)過程。多晶摻雜 后經(jīng)過PLANN120退火（120分鐘，1150）,方阻可控制在10 Q/口左右。 且經(jīng)過退火過程均勻性會(huì)有一定程度的改善。（3）預(yù)淀積后及退火后方阻相差3左右，為滿足退火后方阻控制在10 Q/口左右, P

11、0C13預(yù)淀積參考時(shí)間可控制在20-22分鐘。附：1、試片6Pl229退火后49點(diǎn)圖像IM/D/YI： 07/01/2011ID; 291 No. 57FlatCortccr M sp Std Dev : 2 97G424 Contaui lnfer351小時(shí)4小時(shí)6Pl236、371小 時(shí)4月13日13：5920： 208小時(shí)4月14I I 9：30無白霧6Pl226、274月9日22：38無白霧，多晶顆粒均勻8小時(shí)無白霧，多晶顆粒均勻9： 3015： 451小時(shí)16： 50無白霧6Pl228、298小時(shí)4月11日12：4619： 204小時(shí)21： 30無白霧6Pl230、318小時(shí)4月13

12、日13：5920： 208小時(shí)4月141 1 9：30無白霧通過觀察多晶淀積后表面，發(fā)現(xiàn)多晶淀積后間隔時(shí)間對(duì)表面質(zhì)量影響不明顯， 均未發(fā)現(xiàn)白霧，且多晶顆粒顯示較均勻。當(dāng)然圓片表面無圖形會(huì)一定程度影響 表面質(zhì)量的判斷。（2）三氯氧磷預(yù)淀積后觀察表面未發(fā)現(xiàn)白霧，后處理方式（HF酸濃度、處理時(shí)間） 會(huì)對(duì)圓片表面，方阻有一定影響。a. 100%HF可較好去除試片表面氧化層，但后處理時(shí)間過長(zhǎng)對(duì)多晶有一定 程度損壞（導(dǎo)致方阻偏大），且表面有變花現(xiàn)象。b、經(jīng)驗(yàn)證，5%HF 1分鐘及5分鐘均能完全去除表面氧化層，且方阻無明 顯差異，保守考慮工藝條件，后處理方式可選用5%HF 5分鐘。3、小結(jié)從上述試驗(yàn)的過程和

13、結(jié)果來看已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的要求，制定的產(chǎn)品驗(yàn)證條件如 下：三氯氧磷預(yù)淀積裝片方式：正面朝外，定位邊朝上，片間距4. 76mm三氯氧磷預(yù)淀積工藝條件：P0CL950 2022min后處理工藝條件：5%HF 5min左右方塊電阻參考規(guī)范：132 （淀積后）、101.5 （退火后）做完多晶淀積的圓片及時(shí)作業(yè)三氯氧磷預(yù)淀積，控制在2小時(shí)以內(nèi)。（三）產(chǎn)品驗(yàn)證（1） P0CL3摻雜濃度拉偏根據(jù)以上單道試驗(yàn)結(jié)果，為摸清P0CL3工藝的寬容度，在多晶摻雜P0CL3進(jìn) 行拉偏，同時(shí)做好注入的拉偏，試驗(yàn)批批號(hào)為MCS5A6012A-DL15046M,試驗(yàn)方案及 成品率如下：片號(hào)方案中測(cè)良率VTHIDSSISGS1#P

14、0CL3 作業(yè) 50min009.680. 62#62. 59%014.319.83#0052. 323. 34#P0CL3 作業(yè) 20min83. 33%08.37. 15#76. 87%011.210. 16#65. 31%0922. 57升P0CL3 作業(yè) 15min83. 67%05.29. 78#75. 34%013.29. 39#83. 33%0.25.89.912#多晶注磷為1E1681. 97%010. 36.413#85. 88%07. 15.814#82. 99%06.49. 315#多晶注磷為5E1583. 16%05.99. 516#80. 27%0810.210#多晶

15、注磷為1. 5E1677. 38%09.81111#83. 84%07.37.417#81. 46%071018#80. 61%08.49.419471. 26%016. 11020#78. 23%012.97. 121#68. 37%021.27.522#66. 84%0237.223#82. 99%09.65.924#76. 19%08.613. 1分三爐作業(yè)P0CL3預(yù)淀積后，成品率相差比較大，懷疑及后處理有關(guān)。成測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比如下:Test ConditionCS16BD2CS16BD3CS16BD4CS16BD5CS16BD6CS16BD7CapacitancePOC13作業(yè)50minP

16、OC13作業(yè)20minP0C13 作業(yè)15min多晶注磷為1. 5E16多晶注磷為1.0E16多晶注磷為0. 5E16Ciss, nFVDS=25Volts1.932. 032. 032.062.062. 07Crss, pFVGS=OVolts15. 7218. 3519. 3918. 3018. 9918.83Coss, pFF=INfHZ186. 27189.59190. 02190. 03190. 30190. 40Rg, ohms2. 292. 422. 492.643.076. 06Gate ChargeQgs, nCVDS=300Volts8. 429. 069. 149. 22

17、9. 349. 36Qgd, nCID=12Amps17. 0418. 4418. 9618.618. 7818.66Qg, nCVGS=lOVolts43. 0845. 6646. 3645.846. 5246. 68UISlas, ampsVDD=50VoltsL, mHL=10 mHEas, mJ101210921066108410661115以上AC參數(shù)中，其中的Rg參數(shù)差別最明顯，其它電參數(shù)差別不懸殊。從表 上看出采用“摻雜作業(yè)20min”的方案比較恰當(dāng)，因?yàn)榧词拱褤诫s時(shí)間增加為 50min,Rg 只降低 Q 13。（降低 5. 2%）。（2）半批量對(duì)比根據(jù)單道結(jié)果及濃度拉偏試驗(yàn)，安

18、排了 7片首輪產(chǎn)品驗(yàn)證，試驗(yàn)批號(hào)：MCS5A6012A-DL14110M，其中1824#片采用P0CL3摻雜，其余采用多晶注磷。本論試驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法是：中測(cè)成品率一致、參數(shù)中心值一致、組裝考核通過。試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體如下：1）、中測(cè)成品率:品名批號(hào)片號(hào)中測(cè)良率VTHBVDSSIDSSRDSONISGS2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00176. 02%006016.2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00288. 44%002.608. 3MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00392. 18%001.805. 7MCS5A6012ADL1

19、4110MDL14110MU00490. 65%0020.26.8MCS5A6012ADL14110MDL14110MU00592. 01%0.200. 307.2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00691. 50%002.206MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00790. 65%001.407.5MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00891. 33%0.201.806. 3MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00986. 73%005.806. 6MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01091

20、. 84%000.906.9MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01187. 93%0.203. 108.2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01290. 31%002.606.6MCS5A6012ADL14110MDL14110MU01388. 10%003. 707.5MCS5A6012ADL14110MDL14110MU01482. 65%005.8010. 3MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01587. 76%00605. 5MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01694. 56%001.404MCS5A60

21、12ADL14110MDL14110MU01788. 27%002.308.8MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01888. 61%004.306.5MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01993. 03%001.804.9MCS5A6012ADL14110MDL14110M#02088. 95%002.308.2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#02191. 33%002.306MCS5A6012ADL14110MDL14110M#02291. 16%002. 106. 3MCS5A6012ADL14110MDL14110M#0239

22、1. 50%002.505. 7MCS5A6012ADL14110MDL14110M#02463. 10%0020013.8去除首尾片影響后，兩種工藝作業(yè)后的成品率一致，具有可比性。2）參數(shù)分析：1、VTH（產(chǎn)品規(guī)范：2.553.45V） 多品注碳11H多晶注磷心 P0CL3 19。 t)P0CL3 21*33E云312.9 ;2.743S3.1-5 Qua milesQuantilesQuantiles Ouamlles2.5 T POCL3 23K100 0% maxinw3 2=0099.5%3.2GC0975%3.2200SOD%3.180075)3% cfjartite3.1700m

23、pcn3.15Q02SD% q8rtia3.13303.12002.5%3.1 COO0.5%0.12240.0% mirifTum0.0100 Moments1Mean3.1田6例Std Dev0.3612257Std Err tAean0.0M495143pcr 95% Mem3.1262475DAa 95% Mea-i3.0S09923N1447icon%3 29：0.5%326C097.5%3 21 CO也喊317CO75.0%quartle3.1050.0%mcdn3.1X0百睦quartle313：O10.0%.310202.5%2吃005%0 06480.0%rririnjin0

24、03 二 01000% n5xhnrTi3.170099.5%3.170097.5%3.1500SOO%3.130075.0%quertie3.120050.0%redhn3.110025 0%qusrie3.100D10.0%339g25%3X)7000 6%0B7000J0%nrhiimomoo, MomentsMean3.06簽 744Sid Dex04355437Std Err hS=n00114 期95% Mean3 0917343bwer 95% Mean3 口鋤 144N1447 Momentshfcon31633725Std Dw0 37075Sid Err Meen01097

25、465upg 95% Mwn31624912lower 95% Me5n3 a4次8N1447100 0% maximum3190095%3.1700975%3.1500500%3.1400750% 加加3.1200fOJO% mediwi3.100025 0% quartile3.CS0010)0%3.3 0025%2.E6600.6%0.03000 限 mrioium0.0100 MomentsMwn3.0401 M7std w0.4343734Std Err lAean0D11419中 per 95% Mean3.C625033lower 95% Meen307704N1447 Quai

26、nlles100.0% nhiini3.170099.5%3.150097.5%3.130090 0%3.120075.0%qusrtie3.100050.0%redhn3J390D25 0%querie3080。10.0%3070025%3XI60005%onue00%nnHiimonioo Momentshfcen3D47ie86Sid Dw0的幽6Sid Err Masri01091927upg 95% Mwn31657874icr/er 95% M 例30255457N14472、BVDSS(0.25mA 條件下)多品注璘6產(chǎn),多品注璘11?, P0CL3 傷P0CL3 21#, P0

27、CL3 2新7加720-=*.740720740；720 1 7740-20-=為740720A 、 .TOO； 6B04 KO-j 供0： 620 4 印0：7C0-6EO-6E06406Z)60言E703： 68”663-640-633-603-$諄 *7C0-： 66046E0- 640-6；O-6C0-700-甑E6DE40520600;d QuantilesOiiantiles OuanfilesQuantiles Quanliles10J。% maxmm 721 .0 99.5%719.4597.5%716.4090.0%711.2475.咯Cfjwth706.20SOD%mada

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