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1、擴(kuò)散課工工藝培訓(xùn)訓(xùn)培訓(xùn)內(nèi)容容擴(kuò)散部設(shè)設(shè)備介紹紹氧化工藝藝介紹擴(kuò)散工藝藝介紹合金工藝藝介紹氧化層電電荷介紹紹LPCVVD工藝藝介紹擴(kuò)散部設(shè)設(shè)備介紹紹臥式爐管管立式爐管管爐管工藝藝和應(yīng)用用(加)氧化工藝藝-1氧化膜的的作用選擇擴(kuò)散散和選擇擇注入。阻擋住不不需擴(kuò)散散或注入入的區(qū)域域,使離離子不能能進(jìn)入。氧化工藝藝-2氧化膜的的作用緩沖介質(zhì)質(zhì)層二次氧化化等,緩緩沖氮化化硅應(yīng)力力或減少少注入損損傷氧化工藝藝-3氧化膜的的作用器件結(jié)構(gòu)構(gòu)的一部部分:如如柵(GGatee)氧化化層,非非常關(guān)鍵鍵的項(xiàng)目目,質(zhì)量量要求非非常高;電容極極板之間間的介質(zhì)質(zhì),對電電容的大大小有較較大影響響氧化工藝藝-4氧化膜的的作用隔
2、離介質(zhì)質(zhì):工藝藝中常用用的場氧氧化就是是生長較較厚的二二氧化硅硅膜,達(dá)達(dá)到器件件隔離的的目的。氧化工藝藝-5氧化方法法干氧氧化化 SI+O2 = SIOO2結(jié)構(gòu)致密密,均勻勻性、重重復(fù)性好好,掩蔽蔽能力強(qiáng)強(qiáng),對光光刻膠的的粘附性性較好,但但生長速速率較慢慢,一般般用于高高質(zhì)量的的氧化,如如柵氧化化等;厚厚層氧化化時(shí)用作作起始和和終止氧氧化;薄薄層緩沖沖氧化也也使用此此法。水汽氧化化 2H22O+SSI = SSIO22+2HH2生長速率率快,但但結(jié)構(gòu)疏疏松,掩掩蔽能力力差,氧氧化層有有較多缺缺陷。對對光刻膠膠的粘附附性較差差。氧化工藝藝-6氧化方法法濕氧氧化化(反應(yīng)應(yīng)氣體:O2 +HH2O)
3、H2O+SSI = SSIO22+2HH2 SSI+OO2 = SIIO2生長速率率介于干干氧氧化化和水汽汽氧化之之間; H2O的由 H2和和O2的反反應(yīng)得到到;并通通過H22和O2的流流量比例例來調(diào)節(jié)氧化化速率,但但比例不不可超過過1.888以保保安全;對雜質(zhì)掩蔽能能力以及及均勻性性均能滿滿足工藝藝要求;多使用用在厚層氧化化中。HCL 氧化(氧氧化氣體體中摻入入HCLL)加入HCCL后,氧氧化速率率有了提提高,并并且氧化化層的質(zhì)質(zhì)量也大大有改善善。目前前柵氧化化基本采采用O22+HCCL方法法。氧化工藝藝-7影響氧化化速率的的因素硅片晶向向氧化速率率(1110)POLLY(1111)(100
4、0)摻雜雜質(zhì)質(zhì)濃度雜質(zhì)增強(qiáng)強(qiáng)氧化,氧氧化速率率發(fā)生較較大變化化如 NN+退火火氧化(N+DRIVE1):襯底氧化化厚度:7500A NN+摻雜雜區(qū)氧化化厚度:14550A氧化工藝藝-8熱氧化過過程中的的硅片表表面位置置的變化化生長1uum的SiOO2,要消消耗掉00.466um的的Si。但但不同熱熱氧化生生長的SSiO密密度不同,a值會略有差異。氧化工藝藝-9氯化物的的影響加入氯化化物后,氧氧化速率率明顯加加快,這這可能是是HCLL和O2生成成水汽的的原因;但同時(shí)時(shí)氧化質(zhì)質(zhì)量有了了很大提提高壓力影響響壓力增大大,氧化化速率增增大;溫度溫度升高高,氧化化速率增增大;排風(fēng) & 氣體體排風(fēng)和氣氣體很
5、重重要,會會影響到到厚度和和均勻性性;氧化工藝藝-100氧化質(zhì)量量控制拉恒溫區(qū)區(qū)控制溫溫度定期拉恒恒溫區(qū)以以得到好好的溫度度控制HCL 吹掃爐爐管 CLL-有使使堿性金金屬離子子(如NNa+)鈍鈍化的功功能,使使金屬離離子喪失失活動能能力,定定期清洗洗爐管可可以大幅幅度地減減少離子子濃度,使使?fàn)t管潔潔凈BT 測測量 BBT項(xiàng)目目可以使使我們即即及時(shí)掌掌握爐管管的狀態(tài)態(tài),防止止?fàn)t管受受到粘污污,使大批批園片受受損;氧化工藝藝-111氧化質(zhì)量量控制片內(nèi)均勻勻性:保證硅硅片中每每個芯片片的重復(fù)復(fù)性良好好片間均勻勻性保證每個個硅片的的重復(fù)性性良好定期清洗洗爐管清洗爐管管,可以以避免金金屬離子子,堿離子
6、子的粘污污,減少少顆粒,保保證氧化化層質(zhì)量量,尤其其是柵氧氧化,清清洗頻率率更高,1次/周擴(kuò)散工藝藝-1擴(kuò)散推阱,退退火推阱:CCMOSS工藝的必必有一步步,在一一種襯底底上制造造出另一一種襯底底,以制造造N、P管,需要在在較高的的溫度下下進(jìn)行,以以縮短工工藝時(shí)間間。退火:可可以激活活雜質(zhì),減減少缺陷陷。它的的時(shí)間和和溫度關(guān)關(guān)系到結(jié)結(jié)深和雜雜質(zhì)濃度度磷摻雜多晶摻雜雜:使多多晶具有有金屬特特質(zhì)導(dǎo)電電; N+淀積:形成源源漏結(jié);擴(kuò)散工藝藝-2推阱工藝藝主要參參數(shù)結(jié)深比較關(guān)鍵鍵,必須須保證正正確的溫溫度和時(shí)時(shí)間,膜厚主要為光光刻對位位提供方方便,同時(shí)影影響園片片的表面面濃度如過厚或或過薄均均會影響響
7、N或P管的開開啟電壓壓表面濃度度注入一定定后,表面濃濃度主要要受制于于推阱程程序的工工藝過程程,如氧化化和推結(jié)結(jié)的前后后順序均均會對表表面濃度度產(chǎn)生影影響擴(kuò)散工藝藝-3影響推阱阱的工藝藝參數(shù)溫度:易變因素素,對工工藝的影影響最大大。時(shí)間:一般不易易偏差,取取決于時(shí)時(shí)鐘的精精確度。程序的設(shè)設(shè)置:不同的程程序,如如先氧化化后推阱阱和先推推阱后氧氧化所得得出的表表面濃度度不同。擴(kuò)散工藝藝-4影響推阱阱的工藝藝參數(shù)排風(fēng) &氣體體排風(fēng):對對爐管的的片間均均勻性,尤尤其是爐爐口有較較大的影影響。氣體:氣氣體流量量的改變變會影響響膜厚,從從而使表表面濃度度產(chǎn)生變變化,直直接影響響器件的的電參數(shù)數(shù)。擴(kuò)散工藝藝
8、-5阱工藝控控制拉恒溫區(qū)區(qū)控制溫溫度:定期拉恒恒溫區(qū)以以得到好好的溫度度控制。BT 測測量 BTT項(xiàng)目可可以使我我們即及及時(shí)掌握握爐管的的狀態(tài),防防止?fàn)t管管受到粘粘污。擴(kuò)散工藝藝-6阱工藝控控制電阻均勻勻性電阻比膜膜厚對于于溫度的的變化更更加敏感感,利用用它監(jiān)控控溫度的的變化,但但易受制制備工藝藝的影響響膜厚均勻勻性監(jiān)控氣體體,溫度度等的變變化,保保證片內(nèi)內(nèi)和片間間的均勻勻性定期清洗洗爐管清洗爐管管,可以以避免金金屬離子子的粘污污,減少少顆粒,保保證氧化化層質(zhì)量量。擴(kuò)散工藝藝-7阱工藝控控制HCL 吹掃爐爐管 CL-有使堿堿性金屬屬離子(如如Na+)鈍化化的功能能,使金金屬離子子喪失活活動能力
9、力,定期期清洗爐爐管可以以大幅度度地減少少離子濃濃度,使使?fàn)t管潔潔凈HCCL 吹吹掃爐管管。擴(kuò)散工藝藝-8磷擴(kuò)散原原理POCLL3 4POOCL33+3OO2 = 2P22O5+6CCL2 2P22O5 +55Si = 55SiOO2 +44P PBrr3 4 PBrr3+55O2 = 2P22O5+6BBr22P2OO5 +55Si = 55SiOO2 +44P擴(kuò)散工藝藝-9磷擴(kuò)散工工藝主要要參數(shù)結(jié)深:電阻:現(xiàn)行的主主要控制制參數(shù);表面濃度度:這些參數(shù)數(shù)都和摻摻雜時(shí)間間、摻雜雜溫度、磷源流流量等有有密切的的關(guān)系;擴(kuò)散工藝藝-100影響磷擴(kuò)擴(kuò)散的因因素爐管溫度度和源溫溫爐管溫度度會影響響雜質(zhì)擴(kuò)
10、擴(kuò)散的固固溶度,硅硅中雜質(zhì)質(zhì)的溶解解量變化化,從而而影響摻摻雜電阻阻;PBBr3和和POCCL3都都是揮發(fā)發(fā)性較強(qiáng)強(qiáng)的物質(zhì)質(zhì),溫度度的變化化會影響響源氣的的揮發(fā)量量,使摻摻雜雜質(zhì)質(zhì)的總量量發(fā)生變變化,因此必必須保證證其相對對穩(wěn)定;程序的編編制磷源流量量設(shè)置的的大小決決定了時(shí)時(shí)間的長長短,使使推結(jié)的的時(shí)間變變化,從從而影響響了表面面濃度和和電阻;擴(kuò)散工藝藝-111影響磷磷擴(kuò)散的的因素時(shí)間一般不易易偏差,取取決于時(shí)時(shí)鐘的精精確度;氣體和和排風(fēng)排風(fēng):排排風(fēng)不暢暢,會使使摻雜氣氣體不能能及時(shí)排排出,集集中在爐爐管之內(nèi)內(nèi),使摻摻雜電阻阻變化;氣體:NN2和POCCL3氣氣體流量量的比例例對摻雜雜的大小小
11、,均勻勻性有較較明顯的的影響;擴(kuò)散工藝藝-122磷擴(kuò)散散工藝控控制拉恒溫溫區(qū)控制制溫度定期拉恒恒溫區(qū)以以得到好好的溫度度控制;電阻均均勻性電阻均勻勻性可以以反應(yīng)出出溫度或或氣體的的變化以以及時(shí)發(fā)發(fā)現(xiàn)工藝藝和設(shè)備備發(fā)生的的問題,在在進(jìn)行換換源、換換爐管等等備件的的更換時(shí)時(shí),需及及時(shí)進(jìn)行行該QCC的驗(yàn)證證工作,以以確定爐爐管正常常;擴(kuò)散工藝藝-133磷擴(kuò)散散工藝控控制清洗爐爐管及更更換內(nèi)襯襯管由于在工工藝過程程中會有有偏磷酸酸生成,在在爐口溫溫度較低低處會凝凝結(jié)成液液體,并并堆積起起來,會會腐蝕爐爐管甚至至流出爐爐管后腐腐蝕機(jī)器器設(shè)備,因因此須及及時(shí)清洗洗更換爐爐管和內(nèi)內(nèi)襯管。合金工藝藝-1合金的
12、概概念淀積到硅硅片表面面的金屬屬層經(jīng)光光刻形成成一定的的互連圖圖形之后后,還必必須進(jìn)行行一次熱熱處理,稱稱為“合金化化”。合金的目目的是使使接觸孔孔中的鋁鋁與硅之之間形成成低電阻阻歐姆接接觸,并并增加鋁鋁與二氧氧化硅之之間的附附著力。合金工藝藝-2鋁柵合金金:硅在鋁膜膜中的溶溶解和擴(kuò)擴(kuò)散過程程受鋁晶晶粒尺寸寸、孔邊邊緣氧化化層應(yīng)力力、孔上上殘余的的SiOO2的影響響,引起起鋁膜對對硅的不不均勻溶溶解。溶溶解入硅硅的鋁膜膜,我們們稱之為為鋁釘。合金工藝藝-3硅柵合金金用TiNN層來阻阻擋鋁膜膜向硅中中的滲透透,在TTiN與與硅的結(jié)結(jié)合處,預(yù)預(yù)先形成成TiSSi化合合物來加加強(qiáng)粘附附性熱氧化層層上
13、的電電荷-11熱氧化層層上的電電荷-221. 可可動離子子電荷:SiO22中的可可動離子子主要由由帶正電電的堿金金屬離子子如Lii+,Na+和K+,也也可能是是H+??煽蓜与姾珊墒构璞肀砻孚呌谟贜型,而而且在高高溫偏壓壓下產(chǎn)生生漂移,嚴(yán)嚴(yán)重影響響MOSS器件的的可靠性性。2. 氧氧化物陷陷阱電荷荷:被SiOO2陷住的的電子或或空穴,叫叫陷阱電電荷。由由輻射或或結(jié)構(gòu)陷陷阱引起起。3000以上退退火可以以消除陷陷阱電荷荷。熱氧化層層上的電電荷-333. 固固定氧化化物電荷荷:位于Sii-SiiO2界面處處25AA以內(nèi)。一般認(rèn)認(rèn)為由過過剩硅或或過剩氧氧引起的的,密度度大約在在10100-10012C
14、MM-2范圍圍內(nèi)。氧氧化退火火對它有有影響。4. 界界面陷阱阱電荷:界面陷阱阱可以是是正電,負(fù)負(fù)電,中中性。這這由本身身類型和和費(fèi)米能能相對位位置決定定。影響響MOSS器件的的閾值電電壓、跨跨導(dǎo)、隧隧道電流流等許多多重要參參數(shù)。LP-CCVD 工藝-11CVD 技術(shù)是是微電子子工業(yè)中中最基本本、最重重要的成成膜手段段之一。按照生生長機(jī)理理的不同同,可以以分為若若干種類類。本文文僅介紹紹了LPPCVDD工藝。LPCVVD 工工藝簡介介-2LPCVVD 工工藝簡介介LPCVVD(Loww Prresssuree Chhemiicall Vaaporr Deepossitiion )低壓氣氣相淀積積
15、,是在在27-2700Pa的的反應(yīng)壓壓力下進(jìn)進(jìn)行的化化學(xué)氣相相淀積。裝片進(jìn)舟對反應(yīng)應(yīng)室抽真真空檢查設(shè)設(shè)備是否否正常充NN2吹掃并并升溫再抽抽真空保持持壓力穩(wěn)穩(wěn)定后開開始淀積積關(guān)閉閉所有工工藝氣體體,重新新抽真空空回沖沖N2到常壓壓出爐爐。LPCVVD 工工藝簡介介-3LP SSi3NN4 LPPSi33N4在在工藝中中主要作作為氧化化或注入入的掩蔽蔽膜,淀積Sii3N44時(shí)通常常使用的的氣體是是:NHH3+DDCS(SSiH22Cl22)這兩兩種氣體體的反應(yīng)應(yīng)生成的的Si33N4質(zhì)質(zhì)量高,副產(chǎn)物少少,膜厚厚均勻性性極佳,而而且是氣氣體源便便于精確確控制流量量,是目目前國內(nèi)內(nèi)外普遍遍采用的的方法
16、。 110NHH3+33DCSS=Sii3N44 +66H2+6NHH4CLL溫度:7780。壓力:3755mt。在爐管的的尾部有有一冷卻卻機(jī)構(gòu),稱稱為“冷阱”。用以以淀積副副產(chǎn)物NNH4CCL,防防止其凝凝集在真真空管道道里,堵堵塞真空空管道。DCSS的化學(xué)學(xué)性質(zhì)比比較穩(wěn)定定,容易控控制淀積積速率。LPCVVD 工工藝簡介介-3顆粒產(chǎn)生生的可能能原因:連續(xù)作業(yè)業(yè),導(dǎo)致致爐管,陪陪片上氮氮化硅生生長太厚厚而脫落落成為顆顆粒源。SIC槳槳,舟與與舟之間間的摩擦擦,碰撞撞產(chǎn)生的的顆粒。副產(chǎn)物NNH4CCL未汽汽化被抽抽走而是是凝固在在真空系系統(tǒng)溫度度較低處處腐蝕性氣氣體DCCS與硅硅表面直直接接觸
17、觸或反應(yīng)應(yīng)不充分分;非氣態(tài)的的DCSS進(jìn)入爐爐管;冷阱內(nèi),主主閥盤路路內(nèi)的反反應(yīng)生成成物回灌灌到爐管管內(nèi);水蒸氣與與HCLL接觸腐腐蝕真空空管道引引起的沾沾污;LPCVVD 工工藝簡介介-4LP POLLY LPPPOLYY主要作作為MOOS管的的柵極、電阻條條、電容容器的極極板等。 LPPPOLYY的均勻勻性較好好,生產(chǎn)產(chǎn)量大,成成本低,含含氧量低低,表面面不易起起霧,是是一種目目前國際際上通用用的制作作多晶硅硅的方法法。 SSiH44=Sii +22H2 LPCCVD熱熱解硅烷烷淀積多多晶硅的的過度溫溫度是6600CC。低于于此溫度度,淀積積出的是是非晶硅硅,只有有高于此此溫度才才能生長長
18、出多晶晶硅。而而高于7700CC后,硅硅烷沿氣氣流方向向的耗盡盡嚴(yán)重。多晶硅的的晶粒尺尺寸主要要取決于于淀積溫溫度,6600CC下淀積積的多晶晶硅顆粒粒極細(xì);淀積溫溫度為6625-7500C時(shí),晶晶粒結(jié)構(gòu)構(gòu)明顯并并且隨溫溫度的升升高略有有增大SiH44流量:多晶硅硅的淀積積速率隨隨SiHH4流量量的增加加而增加加 。當(dāng)當(dāng)SiHH4濃度度過高時(shí)時(shí),容易易出現(xiàn)氣氣相成核核,這就就限制了了硅烷濃濃度和淀淀積速率率的提高高。目前前我們淀淀積多晶晶硅所使使用的是是1000%的SSiH44。LPCVVD 工工藝簡介介-5LPTEEOS是是通過低低壓熱解解正硅酸酸乙酯生生成的,淀淀積溫度度在65507500
19、,反應(yīng)應(yīng)壓力控控制在4400PPa(3T)以以下,而而在實(shí)際際的工藝藝中,一一般會控控制在667Paa(5000mT)以以下。目前經(jīng)常常采用LLPTEEOS的的淀積溫溫度為7700,反應(yīng)應(yīng)壓力為為2100mT。全反應(yīng)應(yīng)為: SSi(OOC2H4 )5SiOO2 + 4C22H4 +22H2OLPCVVD 工工藝簡介介-5LPTEEOS的的應(yīng)用:40000A和20000A的的LPTTEOSS形成sppaceer結(jié)構(gòu)構(gòu),如下下圖所示示:400AA的LPTTEOSS形成兩兩層多晶晶硅間的的電容;影響LPPTEOOS淀積積的幾種種因素:1.溫度度的影響響: A.隨著溫溫度的增增加,淀淀積速率率明顯增增
20、加; B.一定的的溫度范范圍會對對片內(nèi)均均勻性有有較大的的影響。趨勢圖圖如下所所示影響LPPTEOOS淀積積的幾種種因素:TEOSS流量的的影響:在其他條條件不變變時(shí),增增大TEEOS的的流量生生長速率率變大。反應(yīng)壓力力的影響響:淀積速率率隨反應(yīng)應(yīng)壓力的的增大而而增大。趨勢圖圖如下LPCVVD 工工藝-66LPCVVD 工工藝控制制拉恒溫區(qū)區(qū)控制溫溫度:定期拉拉恒溫區(qū)區(qū)以得到到好的溫溫度控制制,保證證爐管內(nèi)內(nèi)各處的的生長速速率趨向向平衡。基本上上一個月月拉一次次恒溫,每每次清洗洗爐管后后再拉一一次。顆粒檢查查 :TTENCCOR 64220監(jiān)控控顆粒,規(guī)規(guī)范是(顆顆粒數(shù)3000個/00.5uum以上上。淀積速率率 :淀淀積速率率從膜厚厚與沉積積時(shí)間計(jì)計(jì)算得出出,這個個數(shù)值可可以直接接反映爐爐管內(nèi)壓壓力,溫溫度或氣氣體比例例的變化化。在工工藝保持持不變的的條件下下,LPP的淀積積速率不不會有太太大的變變化。臥臥式爐目目前的淀淀積速率率是LPPSINN 300A/MMIN ;LPPTEOOS 550A/MINN;LPPPOLLY700A/MMIN。由于所有有爐管的
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