用三氯氧磷為N型硅摻雜工藝指南

1、三氯氧磷作為N型硅摻雜劑的工藝描述氧氯化磷（POCl 3）是一種用于n型區(qū)到硅襯底上擴(kuò)散液磷源。摻雜濃度可以控制以提供接近使用雙極器件或輕摻雜區(qū)的固溶度水平MOS器件。摻雜材料可以用來形成雙極器件的發(fā)射區(qū)，源/漏和摻雜的多晶硅MOS器件結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。 氧氯化磷（POCl 3）氧化在正常工藝溫度與氧形成P 2 0 5。這種材料是由硅暴露在晶片表面形成元素反應(yīng)降低磷和硅。在這一點上的磷擴(kuò)散到硅的速度通過對加熱爐溫度的確定。擴(kuò)散深度或結(jié)深，（XJ），發(fā)現(xiàn)用在爐內(nèi)溫度的材料的擴(kuò)散系數(shù)。對氧化的化學(xué)反應(yīng)POCl 3如下：過程性能 摻雜進(jìn)入擴(kuò)散管必須加以控制，使電阻率量，保持過程的一致性和可重復(fù)性。這種控

2、制是通過噴水保持化學(xué)和載氣流量的精確控制恒定的溫度來實現(xiàn)的。圖1為材料的蒸氣壓曲線。最常使用的鼓泡裝置溫度是20°C。要保持鼓泡裝置溫度至少5°C降低溫度比周圍圍繞連接鼓泡裝置對爐管溫度。這可以防止形成冷凝水從噴水導(dǎo)致擴(kuò)散管的線。這也是確保選擇的化學(xué)溫度會使氣體控制器的操作單元的校準(zhǔn)范圍內(nèi)重要。這是重要的當(dāng)用熱質(zhì)量流量氣體控制器。載氣的選擇最常見的載氣，是用在工業(yè)氮氣。氬還可以用于如果需要使用真正的惰性氣體作為載氣的化學(xué)。在任何情況下都應(yīng)該氧氣作為載氣的化學(xué)。這是一個非常不安全的做法在過去是常見的行業(yè)內(nèi)。這樣的做法會引起鼓泡器和化學(xué)遏制損失的失敗。惰性載氣的選擇是明智的安全

3、運行。拿起材料率是獨立的載氣?；瘜W(xué)質(zhì)量流量圖2是在不同載氣流速和起泡溫度POCl 3攝取速度。這些值是用以下公式計算：O(M,)POCl3= POCl3攝取率克/每分鐘Pvap= POCl3在鼓泡時溫度下的壓強PB=鼓泡裝置所在的大氣壓強MW=相對分子質(zhì)量（MPOCL3=153.33 g/mol）QC2=載流速度SCCM （標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘）設(shè)置過程在設(shè)置POCl 3過程的第一步是找到該管的實際容積。這是通過使用下面的公式做了：V-在升管總體積R-擴(kuò)散管半徑L-在擴(kuò)散管的長度使用例子中215.9cm管直徑和長度在14厘米的管，將用于在沉積過程中，以下步驟應(yīng)該被用來決定該三維氣體流動的范圍。1、發(fā)

4、現(xiàn)體積管的使用上面列出的方程。半徑為7.0cm和長度215.9cm因此體積（3.1416 x 49 x 1000 = 215.9）為33.24L。這是管將用于沉積的POCl 3總體積。2、決定速率的氣體將所需的過程。氣體的交換率應(yīng)在37分鐘。這將對晶片表面提供足夠的新的原料來源。匯率也將被用于沉積源流動時間。這個信息被發(fā)現(xiàn)在圖4的討論后。調(diào)整匯率可能會在稍后的討論。作為一個實際的例子，大多數(shù)爐設(shè)置UPS為5分鐘是最好的。在本例中5分鐘將使用。3、現(xiàn)在把該管的體積通過匯率和找到答案。使用步驟1中的體積為例，答案是33.24除以5等于6.65升每分鐘的主要氮氣體流量。4、發(fā)現(xiàn)通過計算5%的6.65

5、L的主要氮流量過程所需的氧氣量，結(jié)果是0.332升每分鐘，是需要所有的化學(xué)反應(yīng)為氧化環(huán)境，氧流量。5。發(fā)現(xiàn)載氣通過計算5%的6.65L的主要氮流量或0.332載流過程所需量。5%是用在鼓泡裝置溫度20°，這將導(dǎo)致0.332 SLM載體流發(fā)生載流。其他起泡溫度使用圖3就能找到實際的比例。 在最后的步驟中提供的信息，例如爐管中氣體流動如下：主要氮 = 6.65 SLM（Standard Liter per Minute）是表示每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升氧流量 = 0.332 SLM載體氮流= 0.332 SLM at 20°C最后必須對載氣流量是海拔高度調(diào)整。海拔高程的影響飽和點。除非這個校

6、正,載氣流量的差異將大到足以產(chǎn)生問題。這個過程可能導(dǎo)致的困難當(dāng)氣體流從一個網(wǎng)站到另一個位置,當(dāng)有一個高程差。從圖4這校正將被用來減少載體流隨著海拔高度的增加。圖4提供了一個快速修正的、沒有重新計算實際的質(zhì)量流量。這種校正載氣流量高程將確保任何變化將產(chǎn)生相同的爐內(nèi)氣體流動狀況。有必要使這個修正發(fā)現(xiàn)摻雜劑的實際質(zhì)量流量進(jìn)入爐過程。作為一個粗略的近似,壓力下降lmm 40.6英尺海拔高程的變化。此時的唯一信息缺失的是實際的源代碼運行時間在幾分鐘內(nèi)，承運人將鼓泡的實際來源的運行時間和溫度需要操作高爐生產(chǎn)所需的電沉積。解決了最后兩個未知數(shù)，就要看在不同溫度下的磷硅中的固溶度。在不同溫度下的磷硅中的固溶度

7、:信息表明，最高將在1150°C的溫度下達(dá)到。這個信息可以用來到達(dá)基于各種爐溫度范圍源流時間。這個一般信息可以為流程提供一個粗略的起點。電阻率范圍的重疊是由于不同的時間源。在每一個時間范圍從5分鐘到50分鐘的時間源流量變化。使用此信息，曲線可以開發(fā)將更詳細(xì)的覆蓋范圍。這一信息如圖5所示。在所有的例子中，將給予源周期包括以下：采樣過程他只遵循流程作為示例提供單一順序和過程開發(fā)旨在提供一個起點。給出的信息和公式對普通懸臂式晶片支持系統(tǒng)。其他類型系統(tǒng)應(yīng)在使用,它可能需要修改總氣體流動為這種類型的系統(tǒng)。然而,源氣體流量的比率主要氮氣流量和氧氣流量必須保持不變。一些調(diào)整所需的流動也可能獲得最好

8、的整個晶片電阻率控制和運行。這是好調(diào)試的工藝過程。使用作為一個例子,假設(shè)將如下:1、晶圓直徑125mm 150mm2、管直徑 190m 235mm3、1.829米管長度4、3-5每平方目標(biāo)電阻率讀數(shù)5、20°C起泡溫度6、假設(shè)升高了一個海拔高度（760mmHg）利用文本中的信息，第一步是對管體積的測定。1.829m 190mm×管體積51.86升。利用氣體交換率，每5分鐘一次，氮需要10.4 SLM。下一步是決定氧流量。利用給出的信息，我們發(fā)現(xiàn)5%的主要氮流量0.519 SLM。這是過程正確的氧氣量。源氮流量，因為鼓泡裝置的溫度是20°C，將比例的氧流量相同，或0

9、.519 SLM。如果另一個氣泡的溫度要用，比例已經(jīng)改變了，如圖3所示的正確金額。同樣的邏輯用于較大的管。把信息以圖表形式的過程如下： 條件過程1過程2管規(guī)格190mm235mm晶圓尺寸125mm150mm基板硅硅電阻率3-5/sq3-5/sq氧氣0.519L/min0.519L/min氮載體0.519L/min0.519L/min爐溫度10251025源的時間20min20min浸泡時間5min5min吹掃時間5min5minPS: 晶元（Wafer），是生產(chǎn)集成電路所用的載體，多指單晶硅圓片。單晶硅圓片由普通硅砂拉制提煉，經(jīng)過溶解、提純、蒸餾一系列措施制成單晶硅棒，單晶硅棒經(jīng)過拋光、切片之

10、后，就成為了晶元。注：清洗和浸泡時間不小于系統(tǒng)的交換比率。對保持這兩者的時間比氣體交換時間更長是重要的。保持的時間更長，這將防止的摻雜下爐管長度分布不均勻的問題。有爐溫度和源次的幾種組合，會容許一個超過預(yù)期的電阻率。要記住的重要一點是這個過程的整個熱預(yù)算。有時,它對在短時間源達(dá)到更高的溫度是很重要的。有時它可能是有益于低溫和長時間源來減少熱預(yù)算過程。這些都是設(shè)計和開發(fā)過程的細(xì)微之處。一個典型的過程序列步驟時間min溫度()使用氣體通入15-25800 (或更少)N2加大15-40見圖表N2, O2穩(wěn)定5-25見圖表N2, O2源見圖表見圖表N2, O2, 攜帶源的N2清掃5-25見圖表O2緩降

11、40-125800 (或更少)N2停止通入15-25800 (或更少)N2×注意:清洗周期可能在純氧的氣氛下運行，會減少磷濃度在晶片表面上的沉積玻璃層。減少濃度會降低附著力差的問題,可以在熟料的光遮罩使用下有助于減少石英 器皿的形成。實際的清洗周期可能與氧和氮的任意組合。氧氣量越大,對氮流,會導(dǎo)致表面氧化將不易吸收水分。同樣,這是個體的一部分設(shè)備相關(guān)的開發(fā)步驟。這里的信息是一般性的,如果之后會產(chǎn)生一個工作集的爐條件。這些條件可以提煉的過程工程師開發(fā)過程,將根據(jù)一系列獨特的條件。這一信息,提出了將生產(chǎn)的起點,而不是最終的工藝條件。特別指出：1 晶片安裝垂直于流動的氣體?；钴S的方向的晶片

12、應(yīng)該面對的初始設(shè)置過程中源。可能改變方向的來源,看看這有助于均勻性。2。硅晶圓的負(fù)載大小為每個運行必須相同。仿制或非晶片過程必須放置在所有完全填滿船的職位空缺。所有新鮮剝奪了假晶圓或新的晶片應(yīng)該pre-sourced通過運行一個或多個過程周期使用前產(chǎn)品晶片。未能執(zhí)行這個步驟可能導(dǎo)致可憐的均勻性3。晶片放置到爐必須這樣做,周圍的空間的晶圓爐管壁是相等的距離附近的所有道路?？隙ú粫痪鶆蜷g隔的一個領(lǐng)域。這一步是很重要的獲得良好的電阻率控制在整個晶片。4。晶片間距是3/16英寸或4.7毫米中心。晶片不能觸摸彼此。5。所有過程氣體必須低含水率。氣應(yīng)該小于1.0 ppm的含水量。不僅會污染的化學(xué)結(jié)果隨著

13、時間的推移,但工藝參數(shù)的控制將不可預(yù)測。產(chǎn)生一個穩(wěn)定的過程,過程的含水率天然氣供應(yīng)必須保持不變,和最低的金額。水分進(jìn)入天然氣供應(yīng)的最大原因是過程不適。是很重要的衡量所有的天然氣供應(yīng)的水分含量在接近氣體進(jìn)入擴(kuò)散管的地方。水分監(jiān)視器應(yīng)該安裝點附近的使用,盡可能靠近叢林。天然氣管道出現(xiàn)泄漏,隨著時間的推移,它永遠(yuǎn)不應(yīng)該理所當(dāng)然地認(rèn)為氣是免費的從水分污染。6。所有的天然氣管道必須密封。之間的所有連接氣體的來源和最終使用點必須不漏。7。由于出口的反應(yīng)氣體爐與水分的清除劑部分,會有粘性的建立明確材料的管。這可以消除通過減少使用的化學(xué)過程的流動,或加熱的冷端管從最后一個加熱元件退出排氣。有特殊的加熱塊,可以

14、使用,將停止酸的積累的管。這種材料是由主要是磷酸和少量鹽酸。這種材料應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)的酸處理技術(shù)處理。8。清洗所有的石英應(yīng)該做定期消除磷的累積在墻上的管。這種積累不是純磷但如重?fù)诫s磷硅酸鹽玻璃。因為這種材料可以作為磷源晶片必須通過化學(xué)手段被免職。這是通過使用高頻的稀溶液和水。最常見的混合使用的是10比1或10份水1份高頻。這一步是做下罩與正確的安全裝置被磨損。清洗后,必須pre-sourced防止石英石英成為一個水槽為摻雜劑。未能執(zhí)行這一步將導(dǎo)致一致性問題后的第一個晶圓加工清洗周期。9。偶爾，保持爐的另一種方法的建立是蒸汽管。這是通過使用一個氫/氧噴嘴形成的蒸汽爐管。這種簡單設(shè)置當(dāng)新爐安裝或者叢林被

15、替換為新的設(shè)計。通過使用這種類型的過程,生活或使用常規(guī)拉之間的管擴(kuò)展和清潔操作。這種方法已被用于擴(kuò)展實際的時間每年只有兩個事件。這就增加了爐的實際產(chǎn)量。另一種方法是把爐放到備用使用純氧大氣代替通常的氮。這也將減少積聚在管摻雜劑。10。磷酰氯與水以劇烈的方式反應(yīng)。應(yīng)該避免接觸這種化學(xué)物質(zhì)和水。如果發(fā)生泄漏,應(yīng)與適當(dāng)?shù)奈談┪詹牧?。這種材料必須符合當(dāng)?shù)厥褂茫恍┗瘜W(xué)材料如蛭石可以吸收化學(xué)物質(zhì)，但灰塵和鈉可能對大多數(shù)最晶圓廠（來說），是一個問題。請咨詢你的安全部門適當(dāng)?shù)牟牧线x擇。安全處理的材料取決于工廠的位置和個人安全部門和每個地區(qū)的環(huán)境法規(guī)。11。鼓泡裝置的安裝口最大流量大小不能超過一定限度。推

16、薦的最大流量為500 cc， 鼓泡流量是400 SCCM。較大的1000 cc和1500 cc的鼓泡裝置將能夠（承受）高達(dá)2000 SCCM的流動。12。鼓泡裝置不能暴露在壓力大于15 PSIG（磅/平方英寸，即表壓）。13。減少傷害小厚度的二氧化硅表面可能會越來越多的暴露硅表面摻雜劑沉積之前。必須注意在這一層適當(dāng)厚度的測定。厚度不能掩蓋了摻雜劑。一般來說,厚度將不到100。還有待學(xué)習(xí)的信息,計算的深度擴(kuò)散材料。結(jié)深度(Xj)是溫度的函數(shù),材料電阻率和時間,晶圓開始擴(kuò)散溫度。氮氣帶入熱量計算：氮氣比熱容：Cp=1.038 KJ/（Kg·K）Q=Cp·m·t若沖入氮氣流量為2000mL/min時，當(dāng)沖入氮氣為35，因為鼓泡裝置溫度一般為20，所以我們已出來氮氣為20計算，此時沖入1min所放出熱量為：沖入氮氣質(zhì)量m=密度×體積=2L·1.25g/L=2.5g=0.0025kg放出熱量= Cp·m·（T終T起）=1.038 KJ/（Kg· K）×0.0025 Kg×（2035）=0.038925（KJ）40時：熱量= Cp·m·（T終T起）=1.038