半導(dǎo)體制程概論chapter5加熱工藝

1、1Chapter 5加熱制程王紅江， Ph. D2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 說明快速加熱制程(RTP)的優(yōu)點3主題 簡介 硬設(shè)備 氧化 擴散 退火 離子注入后退火 合金熱處理 再流動 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 未來的趨勢4定義 熱制程是在高溫操作的制造程序，其溫度經(jīng)常較鋁的熔點高 加熱制程通常在高溫爐進行，一般稱之為擴散爐 早期的半導(dǎo)體工業(yè)已廣泛的應(yīng)用在擴散摻雜的制程5簡介 硅的優(yōu)點 高豐量, 價格便宜 穩(wěn)定且容易與氧化合 早期的集成電路制造，氧化和擴散是制程

2、中的支柱6集成電路制程流程材料設(shè)計光光刻刻集成電路生產(chǎn)廠房測試 封裝最后測試加熱制程光刻離子注入去光刻膠 金屬化化學(xué)機械研磨介質(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計算機微控器微控器微控器微控器微控器爐管界面電路板排氣界面電路板氣體面板界面電路板裝載站界面電路板真空系統(tǒng)界面電路板高溫爐控制系統(tǒng)功能圖11送至工藝爐管MFCMFCMFC控制閥調(diào)壓器氣體鋼瓶氣體輸送系統(tǒng)示意圖12源氣柜 氣體源 氧 水蒸氣 氮 氫 氣體控制

3、面板 流量控制器 流量計13氧化的氧來源 干式氧化-高純度的氧氣 水蒸氣 氣泡式系統(tǒng) 沖洗式系統(tǒng) 氫和氧,H2 + O2 H2O 氯源, 柵極再氧化過程抑制移動的離子 無水氯化氫,HCl 三氯乙烯 (TCE),三氯乙烷 (TCA)14擴散源 P型摻雜物 B2H6,燒焦巧克力和太甜的味道 有毒易燃且易爆的 N型摻雜物 PH3,腐魚味 AsH3,像大蒜的味道 有毒易燃且易爆的 吹除凈化的氣體 N215沉積源 做為多晶硅和氮化硅沉積的硅源: 硅烷,SiH4,會自燃, 有毒且易爆炸 二氯硅烷,SiH2Cl2,極易燃 氮化硅沉積的氮源: NH3,刺鼻的, 讓人不舒服的味道,具腐蝕性 多晶硅沉積的摻雜物

4、B2H6, PH3 和AsH3 吹除凈化的氣體 N216退火源 高純度的氮氣,大部分的退火制程使用. H2O經(jīng)常做為PSG或BPSG再流動制程的周圍氣體. 在淺溝絕緣槽制程中的未摻雜硅玻璃化學(xué)機械研磨制程，退火制程中使用氧氣. 較低等級的氮氣使用在閑置吹除凈化制程.17排氣系統(tǒng) 再釋放前要先移除有害的氣體 有毒的,易燃的,易爆炸的,具腐蝕性的氣體. 燃燒室移除大部分有毒的,易燃的,易爆炸的氣體 洗滌室用水移除燃燒后的氧化物和具腐蝕性的氣體. 處理后的氣體排放到大氣.18裝載晶圓, 水平式系統(tǒng)到排氣端制程爐管晶舟承載架制程氣體晶圓19裝載晶圓, 垂直式系統(tǒng)晶圓塔架20 熱制程對溫度相當(dāng)?shù)拿舾?必

5、要的精密溫度控制 0.5 C,中央?yún)^(qū)帶 0.05%在 1000 C溫度控制21溫度控制系統(tǒng) 熱偶與反應(yīng)管接觸 成比例的能帶控制器將功率饋入加熱線圈 加熱功率與設(shè)定點和測量點的差值成比例22反應(yīng)室 高純度石英 高溫穩(wěn)定性 適當(dāng)基本的清洗 缺點 易碎的 一些金屬離子 不能作為鈉的屏障 高于1200 C可能產(chǎn)生冰晶雪花般多晶態(tài)結(jié)構(gòu)，從而表層產(chǎn)生剝離23水平式高溫爐中心帶區(qū)平坦帶區(qū)距離溫度加熱線圈石英爐管氣流晶圓24制程反應(yīng)室晶圓塔架加熱器垂直式高溫爐, 制程位置25石英爐管 電融合 火焰融合 兩者可用來追蹤金屬量 火焰融合管產(chǎn)生的組件具有較佳的特性.26石英管清洗 對沉積高溫爐制程避免粒子污染物特別

6、重要 在生產(chǎn)工廠外面, 反應(yīng)室外 氫氟酸 (HF)儲存槽 每一次移除石英的薄層 受限于石英管的生命期 反應(yīng)室內(nèi)部清洗 在管的內(nèi)部產(chǎn)生等離子體 在等離子體中從NF3 分解離開污染物產(chǎn)生氟元素自由基27碳化硅管 優(yōu)點 較高的熱穩(wěn)定性 較好的金屬離子阻擋 缺點 比較重 比較貴28溫度控制反-彎曲 法 向制程溫度傾斜 較低溫時慢慢的裝載晶圓 (閑置溫度, 800 C) 在一個較短的穩(wěn)定周期之后，使溫度向制程點傾斜 慢速裝載 1英吋 / 分鐘 200片六吋晶圓溫度約下降50 C的熱容量29水平式高溫爐 包含34個爐管 (反應(yīng)室) 每一個爐管的溫度控制系統(tǒng)分開30水平高溫爐中心帶區(qū)平坦帶區(qū)距離溫度加熱線圈

7、石英爐管氣流晶圓31高溫爐 晶圓清洗站 晶圓裝載站 手動晶圓裝載 自動晶圓裝載 氧化制程自動化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 先進生產(chǎn)工廠的無塵室空間相當(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 氣體流動從上到下 對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，作用在水平爐管的承載架的力矩

8、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). 垂直高溫爐因為有較小的占地面積、較好的污染物控制和較低的維護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 簡介 應(yīng)用 機制 制程 系統(tǒng) 快速加熱氧化40簡介 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 SiO241二氧化硅二氧化硅硅O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2 原生硅表面45%55%O2O2O2O2O2硅氧化制程42硅元素的事實名稱硅符號Si原子序

9、14原子量28.0855發(fā)現(xiàn)者鐘斯、杰可柏、柏塞利爾斯發(fā)現(xiàn)地點瑞典發(fā)現(xiàn)日期1824名稱來源由拉丁字silicis衍生而來，意指火石單晶硅的鍵長度2.352固體密度2.33g/cm3摩爾體積12.06cm3音速2200m/sec硬度6.5電阻系數(shù)100,000 mW cm反射率28%熔點1414。C沸點2900。C熱傳導(dǎo)系數(shù)150W m-1 K-1線性熱膨脹系數(shù)2.6X 10-6K-1蝕刻物 (濕式)HNO4, HF, KOH,等.蝕刻物 (干式)HBr, Cl2,NF3, 等.CVD源材料SiH4,SiH2Cl2,SiHCl3, SiCl4等43氧的一些事實名稱氧符號O原子序8原子量15.99

10、94發(fā)現(xiàn)者約瑟夫 普瑞斯特萊 / 卡爾西雷發(fā)現(xiàn)地點英格蘭 / 瑞典發(fā)現(xiàn)日期1774命名起源從希臘字的 “oxy”和“genes”衍生而來代表酸素形成之意摩爾體積17.36cm3音速317.5m/sec折射系數(shù)1.000271熔點54.8K = -218.35陣C沸點90.2K = -182.95陣C熱傳導(dǎo)系數(shù)0.02658W m-1 K-1應(yīng)用熱氧化,CVD氧化物反應(yīng)式濺射及光阻剝除主要來源O2,H2O, N2O, O344氧化的應(yīng)用 擴散的遮蔽層 表面鈍化 屏蔽氧化層, 襯墊氧化層, 阻擋用的氧化層 絕緣 全區(qū)氧化層和硅的局部氧化 柵極氧化層45擴散的阻擋 硼(B)和磷(P)在二氧化硅的擴散

11、速率比在硅的擴散速率來的低 二氧化硅可做為擴散遮蔽硅摻雜物二氧化硅二氧化硅46表面鈍化的應(yīng)用硅二氧化硅襯墊氧化層 屏蔽氧化層犧牲氧化層 阻擋用的氧化層正常薄氧化層厚度 (150)以保護受到污染物或過度的應(yīng)力.47光阻光阻硅基片摻雜離子摻雜離子屏蔽氧化層屏蔽氧化層48USG硅襯墊氧化層氮化硅硅襯墊氧化層氮化硅硅USG阻擋氧化層槽溝蝕刻槽溝填充USG CMP; USG退火; 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)

12、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 10,00051硅硅硅硅硅硅二氧化硅二氧化硅場區(qū)氧化層場區(qū)氧化層晶圓清洗晶圓清洗場區(qū)氧化場區(qū)氧化氧化物蝕刻氧化物蝕刻活化區(qū)活化區(qū)全面場區(qū)覆蓋氧化制程52硅的局部氧化制程氮化硅P型基片P型基片氮化硅p+p+p+絕緣摻雜P型基片p+p+p+絕緣摻雜SiO2襯墊氧化層襯墊氧化, 氮化硅沉積及圖案化LOCOS氧化氮化硅以及襯墊氧化層剝除鳥嘴SiO253硅的局部氧化 和全區(qū)覆蓋式氧化層比較 較好的絕緣效果 表面臺階高度較低 側(cè)壁坡度較小 缺點 表面粗糙的拓璞 鳥嘴 被淺溝槽絕緣取代 (STI)54犧牲氧化層的應(yīng)用N型井區(qū)

13、型井區(qū)P型井區(qū)型井區(qū)STIUSGN型井區(qū)型井區(qū)P型井區(qū)型井區(qū)STIUSGN型井區(qū)型井區(qū)P型井區(qū)型井區(qū)STIUSG犧牲氧化層剝除犧牲氧化層?xùn)艠O氧化層犧牲氧化層?xùn)艠O氧化層 從硅晶表面移除缺陷55組件介電質(zhì)的應(yīng)用 柵極氧化層: 最薄且多大部分是關(guān)鍵層 電容介電質(zhì)多晶硅多晶硅硅基片硅基片n+柵極薄氧化層源極汲極P型硅n+VD 0電子VG5680年代至今淺溝槽絕緣100 - 200阻擋氧化層氧化層的應(yīng)用氧化層名稱氧化層名稱厚度厚度應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用的時間應(yīng)用的時間原生氧化層15 - 20不必要的-屏蔽氧化層 200離子注入70年代中期至今遮蔽氧化層 5000擴散場區(qū)及局部氧化層3000 - 5000絕緣60年

14、代到90年代襯墊氧化層100 - 200氮化硅應(yīng)力緩沖層60年代至今犧牲氧化層1000缺陷移除70年代至今柵極氧化層30 - 120匣極介電質(zhì)60年代至今60年代到70年代中期57不當(dāng)清洗的硅表面上生成的二氧化硅結(jié)構(gòu)58 粒子 有機殘留物 無機殘留物 原生氧化層氧化前的清洗59美國無線電公司(RCA)的清洗 1960年RCA公司的克恩和布歐迪南首先發(fā)展出來 集成電路場最常使用的清洗制程 SC-1在70 80C將NH4OH:H2O2:H2O按 1:1:5 到 1:2:7的比例混合，移除有機污染物. SC-2-在70 80C將HCl:H2O2:H2O按 1:1:6到1:2:8比例混合，移除無機污染

15、物 去離子水沖洗 HF溶液或是在輕氟酸蒸氣蝕刻機中移除原生氧化層60 高純度去離子水或是去離子水清洗后使用H2SO4:H2O2 溶液. 在去離子水洗滌, 旋干 且 / 或 烘干 (100到 125 C)后，以高壓凈化或浸在加熱的浸泡槽中，.氧化前晶圓的清洗粒子移除61 強氧化劑可以移除有機殘留的污染物. 去離子水清洗后，使用H2SO4:H2O2 或NH3OH:H2O2溶液 在以去離子水洗滌, 旋干 且 / 或 烘干 (100 到 125 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污染物移除62 HCl:H2O. 在去離子水洗滌, 旋干 且 / 或 烘干 (100 到 125

16、C)后，浸在加熱的浸泡槽中.氧化前晶圓的清洗無機污染物移除63 HF:H2O. 在以去離子水洗滌, 旋干 且 / 或 烘干 (100 到 125 C)之后，浸在加熱的浸泡槽中或單晶硅蒸氣蝕刻.氧化前晶圓的清洗原生氧化層移除64氧化反應(yīng)機構(gòu) Si + O2 SiO2 氧氣來自于氣體 硅來自于基片 氧分子必須擴散穿過氧化層，才能和底下的硅原子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) 越厚的薄膜成長速率越低65氧化速率區(qū)域的說明圖氧化層厚度氧化時間線性成長區(qū)域BAX = t擴散限制區(qū)域X = B t66硅干氧氧化反應(yīng)2468101214 1618200.200.40.60.81.01.2氧化時間 (小時)氧化層厚度 (微米)1

17、200 C1150 C1100 C1050 C1000 C950 C900 C 硅干氧氧化反應(yīng)67濕 (蒸氣)氧氧化反應(yīng) Si + 2H2OSiO2 + 2H2 高溫狀態(tài)下，H2O會解離成 H和H-O H-O在二氧化硅比在氧擴散較快 濕氧氧化反應(yīng)比干氧氧化反應(yīng)的成長速率高.68硅 濕氧 氧化反應(yīng)2468101214 1618200.501.01.52.02.53.0氧化時間 (小時)氧化層厚度 (微米)1150 C1100 C1050 C1000 C950 C900 C 硅濕氧氧化反應(yīng)69影響氧化速率的因素 溫度 化學(xué)反應(yīng), 濕氧氧化或干氧氧化 厚度 壓力 晶圓方位 (vs. ) 硅的摻雜物7

18、0氧化速率溫度 氧化速率對溫度具高敏感性(指數(shù)相關(guān)) 溫度越高，氧化速率越高. 溫度越高，氧和硅之間的化學(xué)反應(yīng)速率和氧在二氧化硅的擴散速率也都較高.71氧化速率晶圓方位 表面比的表面有較高的演化速率. 表面上有更多的硅原子.72濕氧氧化速率12340氧化時間 (小時)0.40.81.21.60.20.61.01.41.8氧化層厚度 (微米)方位95 C水1200 C1100 C1000 C920 C73氧化速率摻雜物濃度 纏雜務(wù)元素和濃度 高度非晶硅摻雜硅有較高的成長速率，較少的致密薄膜，蝕刻也較快. 一般高度摻雜區(qū)域比低度摻雜區(qū)有較高的成長速率. 線性階段(薄氧化層)的氧化速率較快.74N型

19、摻雜物(P, As, Sb)在Si中比在SiO2中有較高的溶解度,當(dāng)SiO2 成長，他們會移動滲入硅中，像鏟雪機把雪堆高一樣，稱為堆積效應(yīng).硼傾向被吸到SiO2,造成硼濃度匱乏，稱為空乏效應(yīng).氧化：摻雜物N型摻質(zhì)的堆積效應(yīng)和P型摻質(zhì)的空乏效應(yīng)75Si-SiO2 界面SiO2摻雜物濃度SiSi-SiO2界面SiO2摻雜物濃度SiP型摻雜物的堆積現(xiàn)象N型摻雜物的堆積現(xiàn)象原始的硅表面原始的硅表面原始分布空乏效應(yīng)和堆積效應(yīng)76 HCl用來減少移動的離子污染物. 廣泛的使用在匣極氧化層的制程. 成長速率可增加1%5%氧化速率 摻雜氧化 (HCl)77 氧化膜越厚，氧化速率越慢. 氧分子需要更多的時間擴散

20、穿越氧化層和硅基片進行反應(yīng).氧化速率 相異的氧化78氧化前的清洗 熱成長的二氧化硅是非晶態(tài)物質(zhì). 容易交叉結(jié)合而形成結(jié)晶構(gòu)造 自然界是以石英和石英砂的型態(tài)存在 缺陷和粒子會成為結(jié)晶化過程中的成核點 結(jié)晶的 SiO2 遮蔽能力較差. 氧化之前需要清洗硅表面.79氧化制程 干氧氧化, 薄氧化層 匣極氧化層 襯墊氧化層,屏幕氧化層,犧牲氧化層等. 濕氧氧化,厚氧化層 全區(qū)氧化層 擴散屏蔽氧化層80往制程管MFCMFCMFC控制閥調(diào)壓閥制程氮氣吹除凈化氮氣O2HClMFC干氧氧化系統(tǒng)示意圖81干氧氧化 干仰是主要的制程氣體 匣極氧化層用HCl來移除移動的離子 高純度的氮氣做為制程吹除凈化的氣體 等級較

21、低的氮氣做為閑置吹除凈化的氣體82匣極氧化層的步驟 閑置時通入吹除凈化氮氣氣流 閑置時通入制程氮氣氣流 在制程氮氣氣流下把晶舟推入爐管 在制程氮氣氣流下升高溫度 在制程氮氣氣流下穩(wěn)定溫度 關(guān)閉氮氣氣流，通入氧化制程用的氧氣和氯化氫83懸浮鍵引起的界面狀態(tài)電荷 SiO2Si+懸浮鍵Si-SiO2界面界面狀態(tài)電荷(正極)84匣極氧化層的步驟(續(xù)) 關(guān)閉氧氣開始通入氮氣，進行氧化物退火 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 閑置時通入吹除凈化氮氣氣流 對下一批晶舟重復(fù)上述制程 閑置狀態(tài)下通入吹除凈化氮氣氣流85濕氧氧化制程 較快, 生產(chǎn)量較高 較厚的氧化層,LOCOS氧化層 干氧氧化

22、有較好的質(zhì)量制程溫度薄膜厚度氧化時間干氧氧化1000C1000 2 小時濕氧氧化1000C1000 12 分鐘86水蒸氣源 煮沸式 氣泡式 沖洗式 氫氧燃燒式87MFC制程爐管水加熱器加熱的氣體管路加熱的前段管路排氣蒸氣氣泡煮沸式系統(tǒng)88加熱器MFC制程爐管排氣氮氣氮氣氣泡加熱的氣體管路N2 + H2O水氣泡式系統(tǒng)89MFC制程爐管水N2熱平板加熱器沖洗式系統(tǒng)90H2O2熱偶計到排氣端氫氣燃燒, 2H2 + O2 2 H2O制程爐管晶舟承載架氫氧燃燒蒸氣系統(tǒng)91氫氧燃燒蒸氣系統(tǒng) 優(yōu)點 全氣體系統(tǒng) 可以準(zhǔn)確的控制氣流的流量 缺點 必須使用易燃且易爆的氫氣 典型的H2:O2 比例介于 1.8:1到

23、 1.9:1.92燃燒蒸氣濕氧氧化系統(tǒng)MFCMFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮氣吹除凈化氮氣O2H2MFC洗滌室排氣制程爐管晶圓燃燒室93濕氧氧化制程步驟 閑置時通入吹除凈化氮氣氣流 閑置時通入制程氮氣氣流 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

24、 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, 1500 C) 開始變軟，由于表面張力作用流動 PSG和BPSG在明顯較低的溫度( 900 C沉積單晶硅 900 C T 550 C沉積多晶硅 T 550 C沉積非晶硅184硅烷制程的溫度與晶體結(jié)構(gòu)T 900C單晶硅550C T 900 C多晶硅晶粒晶界185多晶硅低壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)MFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮氣吹除凈化氮氣SiH4MFC洗滌室排氣制程管晶圓燃燒室186多晶硅沉積制程系統(tǒng)閑置時注入吹除凈化氮氣氣流系統(tǒng)閑置時注入制程氮氣氣流注入制程氮氣氣流，載入

25、晶圓注入制程氮氣氣流時降下制程爐管(鐘型玻璃罩)觀掉氮氣氣流，抽真空使反應(yīng)室氣壓降至基本氣壓 ( 2毫托)注入氮氣氣流，穩(wěn)定晶圓溫度并檢查漏氣觀掉氮氣氣流，抽真空回到基本氣壓 ( 2毫托)注入氮氣氣流：設(shè)定制程氣壓 (250毫托)開啟SiH4氣流并關(guān)掉氮氣，開始沉積關(guān)掉硅烷氣流并打開匣極活門，抽真空回到基本氣壓關(guān)閉匣極活門，注入氮氣并將氣壓提高到一大氣壓力注入氮氣氣流以降低晶圓溫度，升起鐘型玻璃罩注入制程氮氣氣流，卸除晶圓系統(tǒng)閑置時注入吹除凈化氮氣氣流187多晶硅沉積制程反應(yīng)室溫度晶圓溫度氮氣流硅烷流反應(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抽真空釋入氮氣降低

26、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 廣泛的作為擴散阻擋層和鈍化保護介電質(zhì)層 低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)【前段】和電漿增強型化學(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)層做為摻雜物的擴散阻擋層 蝕刻停止

27、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嘴SiO2193淺溝槽絕緣制程硅襯墊氧化層氮化硅襯墊氧化層和襯墊氧化層和LPCVD氮化硅氮化硅硅襯墊氧化層氮化硅蝕刻氮化硅和襯墊氧化層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剝除光阻194淺溝槽絕緣制程的襯墊氧化層與阻擋氧化層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蝕刻溝槽填充溝槽填充未摻雜硅玻璃未摻

28、雜硅玻璃 化學(xué)氣化學(xué)氣相沉積相沉積法法;氮化硅氮化硅, 襯墊襯墊氧化層剝除氧化層剝除195自我對準(zhǔn)接觸窗蝕刻停止層TiSi2P型硅側(cè)壁空間層n+n+n+BPSGBPSG光阻光阻氧化層氮化硅多晶硅匣極196氮化硅的快捷方式n+n+BPSGBPSG光阻光阻TiSi2n+P型硅氧化層側(cè)壁空間層多晶硅匣極氮化硅197光阻剝除n+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化層側(cè)壁空間層多晶硅匣極氮化硅198Ti/TiN沉積 和 鎢n+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化層側(cè)壁空間層多晶硅匣極鎢Ti/TiN氮化硅199化學(xué)機械研磨 鎢 和TiN/Tin+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化

29、層側(cè)壁空間層多晶硅匣極鎢氮化硅200氮化硅的應(yīng)用N型井區(qū)P型井區(qū)n+STIp+p+USGPSGPSGWFSGn+M1CuFSGFSGM2CuFSGPD氮化硅氮化硅作IMD密封層的氮化硅作PMD阻擋層的氮化硅WPD氮化硅氮化硅作IMD蝕刻停止層的氮化硅側(cè)壁空間層201氮化硅沉積 硅烷或二氯硅烷作為硅的來源氣體 氨(NH3)做為氮的來源氣體 氮氣做為凈化的氣體3 SiH2Cl2 + 4 NH3 Si3N4 + 6 HCl + 6 H2或3 SiH4 + 4 NH3 Si3N4 + 12 H2202氮化硅的LPCVD系統(tǒng)示意圖加熱器塔架MFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮氣SiH2Cl2MFC洗滌室排氣燃

30、燒室晶圓幫浦MFC吹除凈化氮氣NH3制程反應(yīng)室203氮化硅沉積制程流程圖反應(yīng)室溫度晶圓溫度N2 氣流量NH3 流量DCS流量反應(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N2 降低塔架晶圓塔架位置204高溫化學(xué)氣相沉積法的未來趨勢 更多的晶圓使用快速加熱化學(xué)氣相沉積法 可以將只成整合在群集工具205高溫爐沉積概要 多晶硅和氮化硅是兩種在高溫爐沉積最常用的薄膜 硅烷和二氯硅烷是兩種經(jīng)常做為硅源氣體. 在沉積時多晶硅可以使用磷化氫, 砷化氫或硼化氫做為摻雜氣體進行摻雜206快速加熱制程207快速加熱制程(RTP) 主要在布植后快速加熱退火(RTA)制程 快速升溫, 100到 150 C/sec(水平高溫爐升溫速率約15 C/min) 減少熱積存和較簡單的制程控制208快速加熱制程(