半導體制程概論chapter5加熱工藝2024/4/3半導體制程概論chapter5加熱工藝半導體制程概論chapter5加熱工藝2024/4/1半導體1目標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)點半導體制程概論chapter5加熱工藝2目標列出三種加熱制程半導體制程概論chapter5加熱工藝2主題簡介硬設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半導體制程概論chapter5加熱工藝3主題簡介高溫化學氣相沉積法(CVD)半導體制程概論chapt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體工業(yè)已廣泛的應用在擴散摻雜的制程半導體制程概論chapter5加熱工藝4定義熱制程是在高溫操作的制造程序，其溫度經(jīng)常較鋁的熔點高半導簡介硅的優(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，氧化和擴散是制程中的支柱半導體制程概論chapter5加熱工藝5簡介硅的優(yōu)點半導體制程概論chapter5加熱工藝5集成電路制程流程材料設計光刻集成電路生產(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機械研磨介質(zhì)沉積晶圓刻蝕去光刻膠半導體制程概論chapter5加熱工藝6集成電路制程流程材料設計光刻集成電路生產(chǎn)廠房測試封硬件設備總覽半導體制程概論chapter5加熱工藝7硬件設備總覽半導體制程概論chapter5加熱工藝7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)半導體制程概論chapter5加熱工藝8水平式爐管熱制程中一般使用的工具半導體制程概論chapter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半導體制程概論chapter5加熱工藝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半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)功能圖半導體制程概論chapter5加熱工藝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)示意圖半導體制程概論chapter5加熱工藝11送至工藝爐管MFCMFCMFC控制閥調(diào)壓器氣體鋼瓶氣體輸送系源氣柜氣體源氧水蒸氣氮氫氣體控制面板流量控制器流量計半導體制程概論chapter5加熱工藝12源氣柜氣體源半導體制程概論chapter5加熱工藝12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)半導體制程概論chapter5加熱工藝13氧化的氧來源干式氧化---高純度的氧氣半導體制程概論chap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N2半導體制程概論chapter5加熱工藝14擴散源P型摻雜物半導體制程概論chapter5加熱工藝14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B2H6,PH3和AsH3吹除凈化的氣體N2半導體制程概論chapter5加熱工藝15沉積源做為多晶硅和氮化硅沉積的硅源:半導體制程概論chapt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.半導體制程概論chapter5加熱工藝16退火源高純度的氮氣,大部分的退火制程使用.半導體制程概論ch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.半導體制程概論chapter5加熱工藝17排氣系統(tǒng)再釋放前要先移除有害的氣體半導體制程概論chapte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半導體制程概論chapter5加熱工藝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裝載晶圓,垂直式系統(tǒng)晶圓塔架半導體制程概論chapter5加熱工藝19裝載晶圓,垂直式系統(tǒng)晶圓塔架半導體制程概論chapter5熱制程對溫度相當?shù)拿舾斜匾木軠囟瓤刂?.5°C,中央?yún)^(qū)帶0.05%在1000°C溫度控制半導體制程概論chapter5加熱工藝20熱制程對溫度相當?shù)拿舾袦囟瓤刂瓢雽w制程概論chapter5溫度控制系統(tǒng)熱偶與反應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定點和測量點的差值成比例半導體制程概論chapter5加熱工藝21溫度控制系統(tǒng)熱偶與反應管接觸半導體制程概論chapter5加反應室高純度石英高溫穩(wěn)定性適當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)生剝離半導體制程概論chapter5加熱工藝22反應室高純度石英半導體制程概論chapter5加熱工藝22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半導體制程概論chapter5加熱工藝23水平式高溫爐中心帶區(qū)距離溫度加熱線圈石英爐管氣流晶圓半導體制制程反應室晶圓塔架加熱器垂直式高溫爐,制程位置半導體制程概論chapter5加熱工藝24制程反應室晶圓塔架加熱器垂直式高溫爐,制程位置半導體制程概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.半導體制程概論chapter5加熱工藝25石英爐管電融合半導體制程概論chapter5加熱工藝25石英管清洗對沉積高溫爐制程避免粒子污染物特別重要在生產(chǎn)工廠外面,反應室外氫氟酸(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)生氟元素自由基半導體制程概論chapter5加熱工藝26石英管清洗對沉積高溫爐制程避免粒子污染物特別重要半導體制程概碳化硅管優(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半導體制程概論chapter5加熱工藝27碳化硅管優(yōu)點半導體制程概論chapter5加熱工藝27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的熱容量半導體制程概論chapter5加熱工藝28溫度控制

反-彎曲法向制程溫度傾斜半導體制程概論chapt水平式高溫爐包含3~4個爐管(反應室)每一個爐管的溫度控制系統(tǒng)分開半導體制程概論chapter5加熱工藝29水平式高溫爐包含3~4個爐管(反應室)半導體制程概論cha水平高溫爐中心帶區(qū)平坦帶區(qū)距離溫度加熱線圈石英爐管氣流晶圓半導體制程概論chapter5加熱工藝30水平高溫爐中心帶區(qū)距離溫度加熱線圈石英爐管氣流晶圓半導體制程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半導體制程概論chapter5加熱工藝31高溫爐晶圓清洗站半導體制程概論chapter5加熱工藝31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半導體制程概論chapter5加熱工藝32垂直石英爐制程管以垂直方向置放半導體制程概論chapter5制程反應室晶圓塔架加熱器垂直高溫爐,裝載和卸除的位置半導體制程概論chapter5加熱工藝33制程反應室晶圓塔架加熱器垂直高溫爐,裝載和卸除的位置半導體制較小的占地空間先進生產(chǎn)工廠的無塵室空間相當昂貴小的占地面積降低建造成本【costofownership(COO)】半導體制程概論chapter5加熱工藝34較小的占地空間先進生產(chǎn)工廠的無塵室空間相當昂貴半導體制程概論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半導體制程概論chapter5加熱工藝35較好的污染物控制氣體流動從上到下半導體制程概論chapter較好的晶圓控制當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也很高在垂直高溫爐的晶圓塔架則是零力矩半導體制程概論chapter5加熱工藝36較好的晶圓控制當控制較大直徑尺寸的晶圓數(shù)量時，作用在水平爐管硬件設備綜述高溫爐經(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.半導體制程概論chapter5加熱工藝37硬件設備綜述高溫爐經(jīng)常使用在加熱制程半導體制程概論chapt氧化半導體制程概論chapter5加熱工藝38氧化半導體制程概論chapter5加熱工藝38氧化簡介應用機制制程系統(tǒng)快速加熱氧化半導體制程概論chapter5加熱工藝39氧化簡介半導體制程概論chapter5加熱工藝39簡介硅和氧產(chǎn)生反應產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物廣泛的使用在IC制造Si+O2

SiO2半導體制程概論chapter5加熱工藝40簡介硅和氧產(chǎn)生反應半導體制程概論chapter5加熱工藝40二氧化硅硅O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2原生硅表面45%55%O2O2O2O2O2硅氧化制程半導體制程概論chapter5加熱工藝41二氧化硅硅O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2硅元素的事實名稱硅符號Si原子序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)100,000mW?cm反射率28%熔點1414。C沸點2900。C熱傳導系數(shù)150Wm-1K-1線性熱膨脹系數(shù)2.6X10-6K-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等半導體制程概論chapter5加熱工藝42硅元素的事實名稱硅符號Si原子序14原子量28.0855發(fā)現(xiàn)氧的一些事實名稱氧符號O原子序8原子量15.9994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熱傳導系數(shù)0.02658Wm-1K-1應用熱氧化,CVD氧化物反應式濺射及光阻剝除主要來源O2,H2O,N2O,O3半導體制程概論chapter5加熱工藝43氧的一些事實名稱氧符號O原子序8原子量15.9994發(fā)現(xiàn)者約氧化的應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半導體制程概論chapter5加熱工藝44氧化的應用擴散的遮蔽層半導體制程概論chapter5加熱工藝擴散的阻擋硼(B)和磷(P)在二氧化硅的擴散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半導體制程概論chapter5加熱工藝45擴散的阻擋硼(B)和磷(P)在二氧化硅的擴散速率比在硅的擴散表面鈍化的應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力.半導體制程概論chapter5加熱工藝46表面鈍化的應用硅二氧化硅襯墊氧化層 屏蔽氧化層正常光阻光阻硅基片摻雜離子屏蔽氧化層屏蔽氧化層半導體制程概論chapter5加熱工藝47光阻光阻硅基片摻雜離子屏蔽氧化層屏蔽氧化層半導體制程概論chUSG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USGCMP;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半導體制程概論chapter5加熱工藝48USG硅襯墊氧化層氮化硅硅襯墊氧化層氮化硅硅USG阻擋氧化層襯墊氧化層的應用氮化硅硅基片襯墊氧化層緩沖氮化硅的高應力張力預防應力產(chǎn)生硅的缺陷半導體制程概論chapter5加熱工藝49襯墊氧化層的應用氮化硅硅基片襯墊氧化層緩沖氮化硅的高應力張力組件絕緣的應用相鄰組件間的電性絕緣全區(qū)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10,000?半導體制程概論chapter5加熱工藝50組件絕緣的應用相鄰組件間的電性絕緣半導體制程概論chapte硅硅硅二氧化硅場區(qū)氧化層晶圓清洗場區(qū)氧化氧化物蝕刻活化區(qū)全面場區(qū)覆蓋氧化制程半導體制程概論chapter5加熱工藝51硅硅硅二氧化硅場區(qū)氧化層晶圓清洗場區(qū)氧化氧化物蝕刻活化區(qū)全面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SiO2半導體制程概論chapter5加熱工藝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)半導體制程概論chapter5加熱工藝53硅的局部氧化和全區(qū)覆蓋式氧化層比較缺點被淺溝槽絕緣取代(S犧牲氧化層的應用N型井區(qū)P型井區(qū)STIUSGN型井區(qū)P型井區(qū)STIUSGN型井區(qū)P型井區(qū)STIUSG犧牲氧化層剝除犧牲氧化層柵極氧化層犧牲氧化層柵極氧化層從硅晶表面移除缺陷半導體制程概論chapter5加熱工藝54犧牲氧化層的應用N型井區(qū)P型井區(qū)STIUSGN型井區(qū)P型井區(qū)組件介電質(zhì)的應用柵極氧化層:最薄且多大部分是關鍵層電容介電質(zhì)多晶硅硅基片n+柵極薄氧化層源極汲極P型硅n+VD>0電子VG半導體制程概論chapter5加熱工藝55組件介電質(zhì)的應用柵極氧化層:最薄且多大部分是關鍵層多晶硅80年代至今淺溝槽絕緣100-200?阻擋氧化層氧化層的應用氧化層名稱厚度應用應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年代到90年代襯墊氧化層100-200?氮化硅應力緩沖層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年代中期半導體制程概論chapter5加熱工藝5680年代至今淺溝槽絕緣100-200?阻擋氧化層氧化層的不當清洗的硅表面上生成的二氧化硅結(jié)構(gòu)半導體制程概論chapter5加熱工藝57不當清洗的硅表面上生成的二氧化硅結(jié)構(gòu)半導體制程概論chapt粒子有機殘留物無機殘留物原生氧化層氧化前的清洗半導體制程概論chapter5加熱工藝58粒子氧化前的清洗半導體制程概論chapter5加熱工藝58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70~80

C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70~80

C將HCl:H2O2:H2O按1:1:6到1:2:8比例混合，移除無機污染物去離子水沖洗HF溶液或是在輕氟酸蒸氣蝕刻機中移除原生氧化層半導體制程概論chapter5加熱工藝59美國無線電公司(RCA)的清洗1960年RCA公司的克恩和布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

粒子移除半導體制程概論chapter5加熱工藝60高純度去離子水或是去離子水清洗后使用H2SO4:H2O2溶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

有機污染物移除半導體制程概論chapter5加熱工藝61強氧化劑可以移除有機殘留的污染物.氧化前晶圓的清洗

有機污染HCl:H2O.在去離子水洗滌,旋干且/或烘干(100到125°C)后，浸在加熱的浸泡槽中.氧化前晶圓的清洗

無機污染物移除半導體制程概論chapter5加熱工藝62HCl:H2O.氧化前晶圓的清洗

無機污染物移除半導體制程概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

原生氧化層移除半導體制程概論chapter5加熱工藝63HF:H2O.氧化前晶圓的清洗

原生氧化層移除半導體制程概論氧化反應機構(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)生化學反應越厚的薄膜成長速率越低半導體制程概論chapter5加熱工藝64氧化反應機構(gòu)Si+O2 SiO2半導體制程概論ch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=

Bt半導體制程概論chapter5加熱工藝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=<100>硅干氧氧化反應24681012141618200.200.40.60.81.01.2氧化時間(小時)氧化層厚度(微米)1200°C1150°C1100°C1050°C1000°C950°C900°C<100>硅干氧氧化反應半導體制程概論chapter5加熱工藝66<100>硅干氧氧化反應24681012141618200.濕(蒸氣)氧氧化反應Si+2H2O SiO2+2H2高溫狀態(tài)下，H2O會解離成H和H-OH-O在二氧化硅比在氧擴散較快濕氧氧化反應比干氧氧化反應的成長速率高.半導體制程概論chapter5加熱工藝67濕(蒸氣)氧氧化反應Si+2H2O SiO2+2<100>硅濕氧氧化反應24681012141618200.501.01.52.02.53.0氧化時間(小時)氧化層厚度(微米)1150°C1100°C1050°C1000°C950°C900°C<100>硅濕氧氧化反應半導體制程概論chapter5加熱工藝68<100>硅濕氧氧化反應2468101214161820影響氧化速率的因素溫度化學反應,濕氧氧化或干氧氧化厚度壓力晶圓方位(<100>vs.<111>)硅的摻雜物半導體制程概論chapter5加熱工藝69影響氧化速率的因素溫度半導體制程概論chapter5加熱工藝氧化速率

溫度氧化速率對溫度具高敏感性(指數(shù)相關)溫度越高，氧化速率越高.溫度越高，氧和硅之間的化學反應速率和氧在二氧化硅的擴散速率也都較高.半導體制程概論chapter5加熱工藝70氧化速率

溫度氧化速率對溫度具高敏感性(指數(shù)相關)半導體制程氧化速率

晶圓方位<111>表面比<100>的表面有較高的演化速率.表面上有更多的硅原子.半導體制程概論chapter5加熱工藝71氧化速率

晶圓方位<111>表面比<100>的表面有較高的濕氧氧化速率12340氧化時間(小時)0.40.81.21.60.20.61.01.41.8氧化層厚度(微米)<111>方位95°C水1200°C1100°C1000°C920°C半導體制程概論chapter5加熱工藝72濕氧氧化速率12340氧化時間(小時)0.40.81.21氧化速率

摻雜物濃度纏雜務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.半導體制程概論chapter5加熱工藝73氧化速率

摻雜物濃度纏雜務元素和濃度半導體制程概論chaptN型摻雜物(P,As,Sb)在Si中比在SiO2中有較高的溶解度,當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.硼傾向被吸到SiO2,造成硼濃度匱乏，稱為空乏效應.氧化：摻雜物

N型摻質(zhì)的堆積效應和P型摻質(zhì)的空乏效應半導體制程概論chapter5加熱工藝74N型摻雜物(P,As,Sb)在Si中比在SiO2中有較高Si-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和堆積效應半導體制程概論chapter5加熱工藝75Si-SiO2界面SiO2摻雜物濃度SiSi-SiO2界面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)半導體制程概論chapter5加熱工藝76HCl用來減少移動的離子污染物.氧化速率

摻雜氧化(HC氧化膜越厚，氧化速率越慢.氧分子需要更多的時間擴散穿越氧化層和硅基片進行反應.氧化速率

相異的氧化半導體制程概論chapter5加熱工藝77氧化膜越厚，氧化速率越慢.氧化速率

相異的氧化半導體制程概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.半導體制程概論chapter5加熱工藝78氧化前的清洗熱成長的二氧化硅是非晶態(tài)物質(zhì).半導體制程概論ch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半導體制程概論chapter5加熱工藝79氧化制程干氧氧化,薄氧化層半導體制程概論chapter5加往制程管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)示意圖半導體制程概論chapter5加熱工藝80往制程管MFCMFCMFC控制閥調(diào)壓閥制程氮氣吹除凈化氮氣O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低的氮氣做為閑置吹除凈化的氣體半導體制程概論chapter5加熱工藝81干氧氧化干仰是主要的制程氣體半導體制程概論chapter5加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)定溫度關閉氮氣氣流，通入氧化制程用的氧氣和氯化氫半導體制程概論chapter5加熱工藝82匣極氧化層的步驟閑置時通入吹除凈化氮氣氣流半導體制程概論ch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)半導體制程概論chapter5加熱工藝83懸浮鍵引起的界面狀態(tài)電荷SiO2Si+++++懸浮鍵Si-匣極氧化層的步驟(續(xù))關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上述制程閑置狀態(tài)下通入吹除凈化氮氣氣流半導體制程概論chapter5加熱工藝84匣極氧化層的步驟(續(xù))關閉氧氣開始通入氮氣，進行氧化物退火半濕氧氧化制程較快,生產(chǎn)量較高較厚的氧化層,LOCOS氧化層干氧氧化有較好的質(zhì)量制程溫度薄膜厚度氧化時間干氧氧化1000°C1000?~2小時濕氧氧化1000°C1000?~12分鐘半導體制程概論chapter5加熱工藝85濕氧氧化制程較快,生產(chǎn)量較高制程溫度薄膜厚度氧化時間干氧氧水蒸氣源煮沸式氣泡式?jīng)_洗式氫氧燃燒式半導體制程概論chapter5加熱工藝86水蒸氣源煮沸式半導體制程概論chapter5加熱工藝86MFC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)半導體制程概論chapter5加熱工藝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)半導體制程概論chapter5加熱工藝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+MFC制程爐管水N2熱平板加熱器沖洗式系統(tǒng)半導體制程概論chapter5加熱工藝89MFC制程爐管水N2熱平板加熱器沖洗式系統(tǒng)半導體制程概論chH2O2熱偶計到排氣端氫氣燃燒,2H2+O2

2H2O制程爐管晶舟承載架氫氧燃燒蒸氣系統(tǒng)半導體制程概論chapter5加熱工藝90H2O2熱偶計到排氣端氫氣燃燒,2H2+O2氫氧燃燒蒸氣系統(tǒng)優(yōu)點全氣體系統(tǒng)可以準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1.9:1.半導體制程概論chapter5加熱工藝91氫氧燃燒蒸氣系統(tǒng)優(yōu)點半導體制程概論chapter5加熱工藝9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半導體制程概論chapter5加熱工藝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掉氮氣氣流穩(wěn)定氧氣氣流半導體制程概論chapter5加熱工藝93濕氧氧化制程步驟閑置時通入吹除凈化氮氣氣流半導體制程概論ch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關閉氫氣，氧氣氣流繼續(xù)通入關閉氧氣，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閑置時通入制程氮氣氣流對下一批晶舟重復上述制程閑置時通入吹除凈化氮氣氣流半導體制程概論chapter5加熱工藝94濕氧氧化制程步驟打開氫氣流并將之點燃；穩(wěn)定氫氣氣流半導體制程次微米深度組件的匣極氧化層非常薄的氧化薄膜,<30?在高溫時有較佳的溫度控制,晶圓內(nèi)以及晶圓對晶圓的均勻性.為達到組件的需求使用快速加熱氧化制程.快速加熱氧化半導體制程概論chapter5加熱工藝95次微米深度組件的匣極氧化層快速加熱氧化半導體制程概論chap時間升溫1及升溫2降溫RTA裝載晶圓卸除晶圓RTOO2流量N2流量HCl流量溫度快速加熱氧化(RTO)制程示意圖半導體制程概論chapter5加熱工藝96時間升溫1及升溫2降溫RTA裝載晶圓卸除晶圓RTOO2高壓氧化較快的成長速率降低氧化的溫度:1大氣壓.=–30°C較高的介電質(zhì)強度半導體制程概論chapter5加熱工藝97高壓氧化較快的成長速率半導體制程概論chapter5加熱工藝高壓氧化系統(tǒng)示意圖高壓惰性氣體高壓氧化物氣體不銹鋼套管石英制程反應室半導體制程概論chapter5加熱工藝98高壓氧化系統(tǒng)示意圖高壓惰性氣體高壓氧化物氣體不銹鋼套管石英制高壓氧化溫度壓力時間1大氣壓5小時1000。C5大氣壓1小時25大氣壓12分鐘成長10,000?厚的濕氧氧化層的氧化時間半導體制程概論chapter5加熱工藝99高壓氧化溫度壓力時間1大氣壓5小時1000。C5大氣壓1高壓氧化時間壓力溫度1大氣壓1000。C5小時10大氣壓700在五小時內(nèi)成長10,000?厚的濕氧氧化層的氧化溫度。C半導體制程概論chapter5加熱工藝100高壓氧化時間壓力溫度1大氣壓1000。C5小時10大氣壓高壓氧化復雜系統(tǒng)安全爭點先進半導體生產(chǎn)工廠并不愛用高壓氧化技術(shù)半導體制程概論chapter5加熱工藝101高壓氧化復雜系統(tǒng)半導體制程概論chapter5加熱工藝101測量氧化層厚度均勻性色彩對照表橢圓光譜儀反射光譜儀匣極氧化層崩潰電壓C-V曲線特征半導體制程概論chapter5加熱工藝102測量氧化層厚度匣極氧化層半導體制程概論chapter5加熱工線性偏極入射光橢圓偏極反射光

n1,k1,t1

n2,k2sp橢圓光譜儀系統(tǒng)半導體制程概論chapter5加熱工藝103線性偏極入射光橢圓偏極反射光n1,k1,t1n2,k2t21基片介電質(zhì)薄膜,n(l)入射光人眼或光傳感器反射光及相差(反射光譜儀)半導體制程概論chapter5加熱工藝104t21基片介電質(zhì)薄膜,n(l)入射光人眼或光傳感器反射光及C-V測試結(jié)構(gòu)電容計鋁金屬平臺硅氧化層大電阻加熱器加熱器半導體制程概論chapter5加熱工藝105C-V測試結(jié)構(gòu)電容計鋁金屬平臺硅氧化層大電阻加熱器加熱器半導氧化層概要硅的氧化反應高穩(wěn)定度及相對容易應用絕緣,遮蔽,襯墊,阻擋,匣極氧化層和其他等.濕式氧化過程和干式氧化過程先進的IC芯片多使用干式氧化過程在超薄匣極氧化層使用快速加熱氧化和退火制程半導體制程概論chapter5加熱工藝106氧化層概要硅的氧化反應半導體制程概論chapter5加熱工藝擴散半導體制程概論chapter5加熱工藝107擴散半導體制程概論chapter5加熱工藝107擴散擴散是常見的物理現(xiàn)象物質(zhì)散布方向是從高濃度到低濃度二氧化硅做為擴散的遮蔽層在半導體制程的摻雜中廣泛的使用“擴散爐”和“擴散區(qū)間”半導體制程概論chapter5加熱工藝108擴散擴散是常見的物理現(xiàn)象半導體制程概論chapter5加熱工擴散摻雜制程說明摻雜物硅半導體制程概論chapter5加熱工藝109擴散摻雜制程說明摻雜物硅半導體制程概論chapter5加熱工擴散摻雜制程說明摻雜物硅接面深度半導體制程概論chapter5加熱工藝110擴散摻雜制程說明摻雜物硅接面深度半導體制程概論chapter接面深度的定義摻雜物的背景濃度接面深度,xj到晶圓表面的距離摻雜物濃度半導體制程概論chapter5加熱工藝111接面深度的定義摻雜物的背景濃度接面深度,xj到晶圓表面的距離擴散N型硅遮蔽氧化層N型硅p+p+遮蔽氧化層半導體制程概論chapter5加熱工藝112擴散N型硅遮蔽氧化層N型硅p+p+遮蔽氧化層半導體制程概論c擴散基于較少制程控制的因素，被離子布植制程取代仍被使用在形成井(well)的制程半導體制程概論chapter5加熱工藝113擴散基于較少制程控制的因素，被離子布植制程取代半導體制程概論熱積存高溫下?lián)诫s物的原子擴散較快D=D0exp(–EA/kT)較小的圖形尺寸,較少的空間提供摻雜物熱擴散，較少的熱積存熱積存在驅(qū)入階段決定離子布植后熱制程的溫度和時間半導體制程概論chapter5加熱工藝114熱積存高溫下?lián)诫s物的原子擴散較快半導體制程概論chapterS/D布植過量的熱積存匣極熱積存的說明半導體制程概論chapter5加熱工藝115S/D布植過量的熱積存匣極熱積存的說明半導體制程概論chap1mm1101001000104/T(K)78910100011009008002mm0.5mm0.25mm熱積存(sec)T(

C)數(shù)據(jù)源:ChangandSze,ULSITechnology熱積存半導體制程概論chapter5加熱工藝1161mm1101001000104/T(K)78910100擴散摻雜制程摻雜物濃度與接面深度兩者與溫度相關沒有方法可以單獨控制兩個因素摻雜物等向擴散的剖面1970年代中期被離子布植制程取代半導體制程概論chapter5加熱工藝117擴散摻雜制程摻雜物濃度與接面深度兩者與溫度相關半導體制程概論擴散摻雜制程二氧化硅做為不易通過的遮蔽沉積摻雜物氧化層覆蓋層氧化反應預防摻雜物擴散到氣態(tài)驅(qū)入半導體制程概論chapter5加熱工藝118擴散摻雜制程二氧化硅做為不易通過的遮蔽半導體制程概論chap擴散摻雜制程氧化,微影制程技術(shù)和氧化蝕刻預積:B2H6+2O2

B2O3+3H2O覆蓋層氧化反應:2B2O3+3Si

3SiO2+4B2H2O+Si

SiO2+2H2驅(qū)入硼擴散到硅基片半導體制程概論chapter5加熱工藝119擴散摻雜制程氧化,微影制程技術(shù)和氧化蝕刻半導體制程概論擴散摻雜制程氧化,微影制程技術(shù)和氧化蝕刻沉積擴散物氧化:4POCl3+3O2

2P2O5+3Cl2覆蓋氧化反應2P2O5+5Si5SiO2+4P磷集中在硅表面驅(qū)入磷擴散的硅基片半導體制程概論chapter5加熱工藝120擴散摻雜制程氧化,微影制程技術(shù)和氧化蝕刻半導體制程概論MFCMFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮氣吹除凈化氮氣O2POCl3MFC洗滌室排氣制程爐管晶圓燃燒室磷擴散系統(tǒng)半導體制程概論chapter5加熱工藝121MFCMFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮氣吹除凈化氮氣O2POC硅基片晶圓清洗半導體制程概論chapter5加熱工藝122硅基片晶圓清洗半導體制程概論chapter5加熱工藝122硅基片氧化二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝123硅基片氧化二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝12硅基片二氧化硅光阻摻雜分區(qū)圖形半導體制程概論chapter5加熱工藝124硅基片二氧化硅光阻摻雜分區(qū)圖形半導體制程概論chapter5硅基片二氧化硅光阻二氧化硅蝕刻半導體制程概論chapter5加熱工藝125硅基片二氧化硅光阻二氧化硅蝕刻半導體制程概論chapter5硅基片光阻剝除二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝126硅基片光阻剝除二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝硅基片晶圓清洗二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝127硅基片晶圓清洗二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝硅基片摻雜物氧化沉積二氧化硅摻雜氧化物半導體制程概論chapter5加熱工藝128硅基片摻雜物氧化沉積二氧化硅摻雜氧化物半導體制程概論chap硅基片覆蓋氧化反應二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝129硅基片覆蓋氧化反應二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱五氧化二磷氧化沉積和覆蓋氧化反應N2流量POCl3流量O2流量推拉溫度升高溫度穩(wěn)定.摻雜沉積覆蓋氧化反應溫度下降晶圓位置溫度釋入氮氣半導體制程概論chapter5加熱工藝130五氧化二磷氧化沉積和覆蓋氧化反應N2流量POCl3流量O驅(qū)入硅基片二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝131驅(qū)入硅基片二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝13硅基片剝除氧化層,準備下一步二氧化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝132硅基片剝除氧化層,準備下一步二氧化硅半導體制程概論chap非晶硅驅(qū)入溫度氮流量氧流量推溫度升高溫度穩(wěn)定.驅(qū)入晶圓位置拉溫度下降穩(wěn)定半導體制程概論chapter5加熱工藝133非晶硅驅(qū)入溫度氮流量氧流量推溫度升高溫度穩(wěn)定.驅(qū)入晶圓位置拉限制與應用擴散是等向性的制程，而且吸附在遮蔽氧化層的底層無法單獨控制接面深度和摻雜物的濃度用來做為井區(qū)布植驅(qū)入為了超淺接面(ultrashallowjunction,USJ)的形成進行研發(fā)半導體制程概論chapter5加熱工藝134限制與應用擴散是等向性的制程，而且吸附在遮蔽氧化層的底層半導擴散的應用:驅(qū)入井區(qū)有最深的接面深度需要非常高的離子布植能量百萬電子伏特的離子布植成本非常的高當退火時，擴散可以幫助驅(qū)使摻雜物到想要的接面深度半導體制程概論chapter5加熱工藝135擴散的應用:驅(qū)入井區(qū)有最深的接面深度半導體制程概論chapP型外延光阻N型井區(qū)P+P型外延N型井區(qū)井區(qū)布植和驅(qū)入半導體制程概論chapter5加熱工藝136P型外延光阻N型井區(qū)P+P型外延N型井區(qū)井區(qū)布植和驅(qū)入半導體利用硼的擴散在超淺接面形成的制程小組件需要超淺接面硼本身具有小和輕的特質(zhì)，可以具有高布植能以達到深度的要求在研發(fā)淺接面形成時，應用可控制的熱擴散制程半導體制程概論chapter5加熱工藝137利用硼的擴散在超淺接面形成的制程小組件需要超淺接面半導體制程表面清洗硅基片淺溝槽絕緣淺溝槽絕緣金屬硅化合物側(cè)壁空間層側(cè)壁空間層半導體制程概論chapter5加熱工藝138表面清洗硅基片淺溝槽絕緣淺溝槽絕緣金屬硅化合物側(cè)壁空間層側(cè)壁硼硅玻璃化學氣相沉積法硅基片淺溝槽絕緣淺溝槽絕緣硼硅玻璃金屬硅化合物側(cè)壁空間層側(cè)壁空間層半導體制程概論chapter5加熱工藝139硼硅玻璃化學氣相沉積法硅基片淺溝槽絕緣淺溝槽絕緣硼硅玻璃金屬快速加熱步驟摻雜物驅(qū)入硅基片淺溝槽絕緣硼硅玻璃淺溝槽絕緣金屬硅化合物多晶硅匣極氧化層半導體制程概論chapter5加熱工藝140快速加熱步驟摻雜物驅(qū)入硅基片淺溝槽絕緣硼硅玻璃淺溝槽絕緣金屬剝除硼硅玻璃硅基片淺溝槽絕緣淺溝槽絕緣金屬硅化合物多晶硅匣極氧化層半導體制程概論chapter5加熱工藝141剝除硼硅玻璃硅基片淺溝槽絕緣淺溝槽絕緣金屬硅化合物多晶硅匣極摻雜的量測四點探針Rs=r/t

半導體制程概論chapter5加熱工藝142摻雜的量測四點探針Rs=r/t半導體制程概論chapt四點探針測量S1S2S3P1P2P3P4VI基片摻雜區(qū)域半導體制程概論chapter5加熱工藝143四點探針測量S1S2S3P1P2P3P4VI基片摻雜區(qū)域半導擴散的概要擴散的物理機制容易理解在早期IC制造的制程，擴散廣泛使用在摻雜制程1970年代中期之后被離子布植技術(shù)取代半導體制程概論chapter5加熱工藝144擴散的概要擴散的物理機制容易理解半導體制程概論chapter退火和快速加熱制程半導體制程概論chapter5加熱工藝145退火和快速加熱制程半導體制程概論chapter5加熱工藝14布植后退火能量較高的離子會損傷晶格結(jié)構(gòu)非晶硅有較高的電阻系數(shù)需要額外的能量(如：熱)來幫助原子回復晶格結(jié)構(gòu)僅僅單晶結(jié)構(gòu)的摻雜物可以被活化半導體制程概論chapter5加熱工藝146布植后退火能量較高的離子會損傷晶格結(jié)構(gòu)半導體制程概論chap布植后退火單晶結(jié)構(gòu)有最低的位能原子傾向于停留在晶格位置熱能提供原子作快速熱運動所需要的能量原子尋找并停留在位能最低的單晶晶格位置溫度越高,退火越快半導體制程概論chapter5加熱工藝147布植后退火單晶結(jié)構(gòu)有最低的位能半導體制程概論chapter5晶格原子離子布值之前半導體制程概論chapter5加熱工藝148晶格原子離子布值之前半導體制程概論chapter5加熱工藝1摻雜原子晶格原子離子布值之后半導體制程概論chapter5加熱工藝149摻雜原子晶格原子離子布值之后半導體制程概論chapter5加摻雜原子晶格原子晶體缺陷半導體制程概論chapter5加熱工藝150摻雜原子晶格原子晶體缺陷半導體制程概論chapter5加熱工晶格原子摻雜原子退火制程半導體制程概論chapter5加熱工藝151晶格原子摻雜原子退火制程半導體制程概論chapter5加熱工合金熱處理幫助不同原子彼此結(jié)合成化學鍵形成金屬合金的加熱制程.廣泛的用在金屬硅化物的形成自我對準金屬硅化物(salicide)鈦金屬硅化合物,TiSi2鈷金屬硅化物,CoSi2高溫爐和快速加熱制程半導體制程概論chapter5加熱工藝152合金熱處理幫助不同原子彼此結(jié)合成化學鍵形成金屬合金的加熱制程金屬硅化物較多晶硅的電阻低做為匣極材料和金氧半晶體管的區(qū)域內(nèi)部聯(lián)機做為電容電極增進組件的速度和減少熱的產(chǎn)生TiSi2,WSi2是最常被使用的金屬硅化物CoSi2,MoSi2等亦被使用半導體制程概論chapter5加熱工藝153金屬硅化物較多晶硅的電阻低半導體制程概論chapter5加熱鈦金屬硅化物制程氬氣濺鍍清洗鈦物理氣相沉積快速加熱制程退火,~700°C鈦剝除,H2O2:H2SO2半導體制程概論chapter5加熱工藝154鈦金屬硅化物制程氬氣濺鍍清洗半導體制程概論chapter5加鈦金屬硅化物制程鈦n+n+STIp+p+USG多晶硅n+n+USGUSGSTI鈦金屬硅化物n+n+USGp+p+USGSTI鈦金屬硅化物側(cè)壁空間層Ti沉積退火Ti剝除p+p+半導體制程概論chapter5加熱工藝155鈦金屬硅化物制程鈦n+n+STIp+p+USG多晶硅n+n+鋁硅合金在硅的表面生成防止硅鋁交互擴散造成尖凸現(xiàn)象(junctionspiking)半導體制程概論chapter5加熱工藝156鋁硅合金在硅的表面生成半導體制程概論chapter5加熱工藝p+p+接面尖凸現(xiàn)象N型硅AlAlAlSiO2半導體制程概論chapter5加熱工藝157p+p+接面尖凸現(xiàn)象N型硅AlAlAlSiO2半導體制程概論再流動流動的表面圓滑平坦使微影技術(shù)和金屬化制程更容易溫度越高，流動結(jié)果越好熱積存決定再流動的溫度和時間較高的摻雜物濃度需要較低的流動溫度半導體制程概論chapter5加熱工藝158再流動流動的表面圓滑平坦半導體制程概論chapter5加熱工PSG再流動制程說明P型基片p+p+N型井區(qū)SiO2n+n+p+p+LOCOSPSGP型基片p+p+N-型井區(qū)SiO2n+n+p+p+LOCOSPSGAs沉積再流動后半導體制程概論chapter5加熱工藝159PSG再流動制程說明P型基片p+p+N型井區(qū)SiO2n+n+再流動未摻雜硅玻璃(USG)在非常高溫(T>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(<1100°C降到850°C)變軟磷也可以捕獲鈉PSG和BPSG通常使用在金屬沉積前的介電質(zhì)層(PMD)半導體制程概論chapter5加熱工藝160再流動未摻雜硅玻璃(USG)在非常高溫(T>1500再流動制程晶圓裝載溫度上升溫度穩(wěn)定再流動溫度下降晶圓卸除半導體制程概論chapter5加熱工藝161再流動制程晶圓裝載半導體制程概論chapter5加熱工藝16再流動制程再流動制程通常使用氮氣做為周圍的氣體有時候水蒸氣也被拿來使用水蒸氣分子容易和摻雜物原子發(fā)生氧化反應半導體制程概論chapter5加熱工藝162再流動制程再流動制程通常使用氮氣做為周圍的氣體半導體制程概論再流動制程越小的組件,較少的熱積存0.25mm以下的組件，沒有足夠的熱積存做為再流動圓滑使用PSG退火(~750°C)取代再流動半導體制程概論chapter5加熱工藝163再流動制程越小的組件,較少的熱積存半導體制程概論chapt退火概要最常使用的退火制程是離子布植后退火、合金退火和再流動在離子布植制程后需要熱退火恢復晶格的結(jié)構(gòu)和活化摻雜物原子熱退火協(xié)助金屬和硅反應形成金屬硅化物半導體制程概論chapter5加熱工藝164退火概要最常使用的退火制程是離子布植后退火、合金退火和再流動退火概要金屬退火可幫助形成較大的晶粒和減少電阻性PSG或BPSG再流動將介電質(zhì)表面圓滑平坦化，幫助微影技術(shù)制程和金屬化制程快速加熱制程已成為退火制程成用的技術(shù)半導體制程概論chapter5加熱工藝165退火概要金屬退火可幫助形成較大的晶粒和減少電阻性半導體制程概退火概要快速加熱制程的優(yōu)點較快的升溫速率(75~150°C/sec)較高的溫度(上升到1200°C)較快的制程摻雜物擴散最小化對熱積存有較好的控制晶圓對晶圓均勻性較好的控制半導體制程概論chapter5加熱工藝166退火概要快速加熱制程的優(yōu)點半導體制程概論chapter5加熱高溫沉積制程半導體制程概論chapter5加熱工藝167高溫沉積制程半導體制程概論chapter5加熱工藝167什么是化學氣相沉積化學氣相沉積氣體或蒸氣在基板表面產(chǎn)生化學反應并在表面形成固態(tài)副產(chǎn)品做為沉積的薄膜其他的副產(chǎn)品是會離開表面的氣體.廣泛使用在IC制程中的金屬、介電質(zhì)和硅的薄膜沉積.半導體制程概論chapter5加熱工藝168什么是化學氣相沉積化學氣相沉積半導體制程概論chapter5高溫化學氣相沉積外延多晶硅氮化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝169高溫化學氣相沉積外延半導體制程概論chapter5加熱工藝1外延單晶硅層外延硅外延硅—鍺外延砷化鎵半導體制程概論chapter5加熱工藝170外延單晶硅層半導體制程概論chapter5加熱工藝170外延硅提供高質(zhì)量的硅基片，不含氧跟碳雙載子組件需要使用高速的金氧半晶體管(CMOS)組件半導體制程概論chapter5加熱工藝171外延硅提供高質(zhì)量的硅基片，不含氧跟碳半導體制程概論chapt外延硅高溫(~1000°C)制程.硅烷(SiH4),二氯硅烷(DCS,SiH2Cl2)或三氯硅烷(TCS,SiHCl3)做為硅的來源氣體氫氣做為制程氣體和清洗氣體三氫化砷(AsH3),三氫化磷(PH3),和氫化硼(B2H6)做為摻雜氣體半導體制程概論chapter5加熱工藝172外延硅高溫(~1000°C)制程.半導體制程概論chapte外延硅沉積硅烷制程 加熱(1000

C)SiH4

Si+H2硅烷 外延矽 氫氣二氯硅烷制程 加熱(1150

C) SiH2Cl2

Si+2HCl 二氯硅烷 外延矽 氯化氫半導體制程概論chapter5加熱工藝173外延硅沉積硅烷制程 半導體制程概論chapter5加熱工藝1外延硅摻雜N-型摻雜物

加熱(1000

C)AsH3

As+3/2H2三氫化砷 砷氫 加熱(1000

C)PH3

P+3/2H2三氫化磷 磷氫半導體制程概論chapter5加熱工藝174外延硅摻雜N-型摻雜物半導體制程概論chapter5加熱工藝外延硅摻雜P-型摻雜 加熱(1000

C)B2H6

2B+3H2氫化硼硼氫半導體制程概論chapter5加熱工藝175外延硅摻雜P-型摻雜 半導體制程概論chapter5加熱工藝外延硅經(jīng)常是在晶圓制造時沉積(“生長”)而不是IC生產(chǎn)工廠生產(chǎn)工廠的外延制程:例如有摻雜物的濃度和外延厚度的特殊需求選擇性外延：升高源/汲極單晶圓外延制程半導體制程概論chapter5加熱工藝176外延硅經(jīng)常是在晶圓制造時沉積(“生長”)而不是IC生產(chǎn)工廠多晶硅高溫穩(wěn)定性合乎常理有較佳的傳導性用來做為匣極材料和金氧半晶體管的區(qū)域內(nèi)部聯(lián)機同時也被廣泛的用來做為DRAM芯片的電容器電極半導體制程概論chapter5加熱工藝177多晶硅高溫穩(wěn)定性半導體制程概論chapter5加熱工藝177多晶硅在DRAM上的應用多晶硅5多晶硅4多晶硅2多晶硅3多晶硅1TiSi2Ta2O5或BSTP型硅n+n+n+側(cè)壁空間層半導體制程概論chapter5加熱工藝178多晶硅在DRAM上的應用多晶硅5多晶硅4多晶硅2多晶硅多晶硅高溫爐(~700°C)低壓化學氣相沉積(LPCVD)制程硅烷(SiH4)或二氯硅烷(DCS,SiH2Cl2)做為硅源氣體.氮氣做為清洗氣體三氫化砷(AsH3),三氫化磷(PH3),和氫化硼(B2H6)用來做為摻雜物氣體半導體制程概論chapter5加熱工藝179多晶硅高溫爐(~700°C)低壓化學氣相沉積(LPCVD)多晶硅沉積硅烷制程 加熱(750

C)SiH4

Si+H2硅烷多晶硅氫DCSprocess 加熱(750

C) SiH2Cl2

Si+2HCl 二氯硅烷多晶硅氫半導體制程概論chapter5加熱工藝180多晶硅沉積硅烷制程 半導體制程概論chapter5加熱工藝1多晶硅摻雜N-型摻雜 加熱(750

C)AsH3

As+3/2H2三氫化砷砷氫加熱(750

C)PH3

P+3/2H2三氫化磷磷氫半導體制程概論chapter5加熱工藝181多晶硅摻雜N-型摻雜 半導體制程概論chapter5加熱工藝多晶硅摻雜P-型摻雜 加熱(750

C)B2H6

2B+3H2氫化硼硼氫半導體制程概論chapter5加熱工藝182多晶硅摻雜P-型摻雜 半導體制程概論chapter5加熱工藝硅烷制程與溫度的關系單晶硅基板硅烷做為來源氣體T>900°C沉積單晶硅900°C>T>550°C沉積多晶硅T<550°C沉積非晶硅半導體制程概論chapter5加熱工藝183硅烷制程與溫度的關系單晶硅基板半導體制程概論chapter5硅烷制程的溫度與晶體結(jié)構(gòu)T<550°C非晶硅T>900°C單晶硅550°C<T<900°C多晶硅晶粒晶界半導體制程概論chapter5加熱工藝184硅烷制程的溫度與晶體結(jié)構(gòu)T<550°CT>900°C5多晶硅低壓化學氣相沉積系統(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半導體制程概論chapter5加熱工藝185多晶硅低壓化學氣相沉積系統(tǒng)MFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮氣吹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：設定制程氣壓(~250毫托)開啟SiH4氣流并關掉氮氣，開始沉積關掉硅烷氣流并打開匣極活門，抽真空回到基本氣壓關閉匣極活門，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半導體制程概論chapter5加熱工藝186多晶硅沉積制程系統(tǒng)閑置時注入吹除凈化氮氣氣流注入氮氣氣流：設多晶硅沉積制程反應室溫度晶圓溫度氮氣流硅烷流反應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塔架晶圓塔架位置半導體制程概論chapter5加熱工藝187多晶硅沉積制程反應室溫度晶圓溫度氮氣流硅烷流反應室壓力裝載晶多晶硅沉積系統(tǒng)晶圓裝載站多晶硅沉積反應室晶圓傳輸機械臂WSix沉積反應室Wsix沉積反應室冷卻室半導體制程概論chapter5加熱工藝188多晶硅沉積系統(tǒng)晶圓裝載站多晶硅沉積反應室晶圓傳輸機械臂WSi多晶硅沉積系統(tǒng)晶圓裝載站多晶硅沉積反應室晶圓傳輸機械臂WSix沉積反應室冷卻室RTA反應室半導體制程概論chapter5加熱工藝189多晶硅沉積系統(tǒng)晶圓裝載站多晶硅沉積反應室晶圓傳輸機械臂WSi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)層低壓化學氣相沉積法(LPCVD)【前段】和電漿增強型化學氣相沉積法(PECVD)【后段】LPCVD氮化硅制程經(jīng)常使用一個帶有真空系統(tǒng)的高溫爐半導體制程概論chapter5加熱工藝190氮化硅致密的材料半導體制程概論chapter5加熱工藝190氮化硅的應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，被當作化學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層半導體制程概論chapter5加熱工藝191氮化硅的應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SiO2半導體制程概論chapter5加熱工藝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淺溝槽絕緣制程硅襯墊氧化層氮化硅襯墊氧化層和LPCVD氮化硅硅襯墊氧化層氮化硅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半導體制程概論chapter5加熱工藝193淺溝槽絕緣制程硅襯墊氧化層氮化硅襯墊氧化層和LPCVD氮化硅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填充未摻雜硅玻璃化學氣相沉積法;氮化硅,襯墊氧化層剝除半導體制程概論chapter5加熱工藝194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自我對準接觸窗蝕刻停止層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半導體制程概論chapter5加熱工藝195自我對準接觸窗蝕刻停止層TiSi2P型硅側(cè)壁空間層n+n+n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半導體制程概論chapter5加熱工藝196氮化硅的快捷方式n+n+BPSGBPSG光阻光阻TiSi2n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半導體制程概論chapter5加熱工藝197光阻剝除n+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化層側(cè)Ti/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氮化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝198Ti/TiN沉積和鎢n+n+BPSGBPSGTiSi2n化學機械研磨鎢和TiN/Tin+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化層側(cè)壁空間層多晶硅匣極鎢氮化硅半導體制程概論chapter5加熱工藝199化學機械研磨鎢和TiN/Tin+n+BPSGBPSGTi氮化硅的應用N型井區(qū)P型井區(qū)n+STIp+p+USGPSGPSGWFSGn+M1CuFSGFSGM2CuFSGPD氮化硅作IMD密封層的氮化硅作PMD阻擋層的氮化硅WPD氮化硅作IMD蝕刻停止層的氮化硅側(cè)壁空間層半導體制程概論chapter5加熱工藝200氮化硅的應用N型井區(qū)P型井區(qū)n+STIp+p+USGPSGP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3SiH2Cl2+4NH3

Si3N4+6HCl+6H2或3SiH4+4NH3

Si3N4+12H2半導體制程概論chapter5加熱工藝201氮化硅沉積硅烷或二氯硅烷作為硅的來源氣體半導體制程概論cha氮化硅的LPCVD系統(tǒng)示意圖加熱