氧化扩散CVD设备基本原理功能培训

扩散
三、扩散工艺 磷予扩散 原理 影响因素 如何控制磷扩散工艺 常见问题的处理 硼予扩散 原理 影响因素 如何控制磷扩散工艺 常见问题的处理
扩散
1、磷予扩 1.1 磷予扩工艺原理 三氯氧磷液态源乳扩散的方式进行磷扩散。 原理：POCL3分解成P2O5 2P2O5 +5Si === 5SiO2 +4P
炉管设备工艺基础
-----氧化、扩散、LPCVD、
杨桂凯 2014.03
பைடு நூலகம்
炉管工序工艺
氧化:热氧化SIO2膜。 扩散: B , P , As等。 LPCVD：化学气相沉积成膜。
炉管设备简介
类别 热氧化 扩散 LPCVD 卧式炉 主要包括 干氧，湿氧， 退火/磷、硼、砷掺杂 POLY、Si3N4、TEOS 6英寸 管3，4，5，6， 7，8，9，10， 11，13，14，15 8英寸 管1，2 管16，(17待装机)
扩散
杂质扩散机构 扩散方程 扩散工艺 SIMGUI SOI 注入后退后扩散 扩散工艺的发展
扩散
一、杂质扩散机构 1、替位式扩散机构 这种杂质原子或离子大小与Si原子大小差别不大， 它沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，杂质原 子扩散时占据晶格格点的正常位置，不改变原来 硅材料的晶体结构。硼、磷、砷等是此种方式。
氧化
一、氧化层作用 用于杂质选择扩散的掩蔽膜 缓冲介质层 电容的介质材料 集成电路的隔离介质 MOS场效应晶体管的绝缘栅材料
氧化
1、用于杂质选择扩散的掩蔽膜 常用杂质(硼,磷,砷等)在氧化层中的扩散系数远 小于在硅中的扩散系数，因此氧化层具有阻挡杂 质向半导体中扩散的能力。利用这一性质，在硅 上的二氧化硅层上刻出选择扩散窗口，则在窗口 区就可以向硅中扩散杂质，其它区域被二氧化硅 屏蔽，没有杂质进入，实现对硅的选择性扩散。
LPCVD
LPCVD概述 LPCVD设备、工艺特点 LPCVD多晶硅 LPCVD氮化硅 影响LPCVD工艺的主要参数
LPCVD
一、LPCVD概述 LPCVD 化学气相淀积----在低压下，通过气体混 合的化学反应在硅片表面淀积一层固体膜的工艺。 LPCVD基本方面包括：
氧化
我们公司采用的氧化方法 : 干氧(掺Cl） 干氧+湿氧+干氧 (掺Cl） 采取此氧化工艺的原因：
a、加快氧化速率 b、保证了氧化层的膜质 c、减少钠离子沾污 d、消除热氧化缺陷，改善击穿特性，提高SOI材料的质量以保证客户后 续制造器件的可靠性和稳定性。
氧化
三、影响氧化速率的因素 氧化温度的影响 温度越高、氧化速率越快。 硅片晶向的影响 线性速率常数与晶向有较大的关系，各种晶 向的 圆片其氧化速率为： (110)>POLY>(111)>(100)
氧化
2、氧化层用于缓冲介质层 硅与氮化硅的应力较大，因此在两层之间生长一 层氧化层，以缓冲两者之间的应力 可作为注入缓冲介质，以减少注入对器件表面的 损伤
氧化
图中在氮化硅与硅之间生长SiO2减小两者之间的应 力
Si3N4
SiO2
N-Well P-Well
Si(P)
氧化
二氧化硅的相对介电常数为3-4。二氧化硅的耐击 穿能力强，温度系数小，是制作电容介质的常用 材料。在电容的制作过程中，电容的面积和光刻、 腐蚀有较大的关系，而厚度则由二氧化硅的厚度 决定。
扩散
1.4 常见问题的处理 程序中断 对策：检查炉管的作业记录，找出中断的真正原因； 根据作业记录中剩余时间的多少确定返工时间； 必须减去升降温的时间补偿。
扩散
磷掺杂后，电阻均匀性变差 对策 1．检查排风有无变化 2．检查炉管的温度有无大的偏差 3．检查源温有无大的波动 4．检查MFC的流量有无波动
扩散
d 排风不畅，会使掺杂气体不能及时排出，集中 在炉管之内，使掺杂电阻难于控制。 1.3 磷扩散工艺控制 a、拉恒温区控制温度 b、电阻均匀性电阻均匀性可以反应出温度或气 体的变化以及时发现工艺和设备发生的问题，在 进行换源、换炉管等备件的更换时，需及时进行 该QC的验证工作，以确定炉管正常。 c、清洗炉管 频次为 1次/2月
扩散
2、硼予扩 2.1 硼予扩原理 采用B30乳胶源在硅片表面匀一层硼杂质膜，然 后在扩散炉中进行杂质的再分布。
扩散
2.2 影响硼扩散的因素 a 炉管温度 炉管温度会影响硼杂质膜在硅中的杂质再分布， 从而影响掺杂电阻；
扩散
b 程序的编制 气体流量设置的大小影响到杂质再分布的速度， 使推结的时间变化，从而影响了表面浓度和电阻。 c 时间 一般不易偏差，取决于时钟的精确度
氧化
氧化
四、常见问题及处理 所有片子膜厚异常 装载端膜厚异常，但片内的均匀性正常
氧化
1、膜厚异常 对策：首先，检查测量结果是否准确、仪器工作 状态是否正常，然后 a、 检查程序 H2 O2气体流量、工艺温度是否正常 b、检查炉管的气体接口是否正常 c、如使用控制片，检查OM控制片是否用对 d、检查温度气体 流量曲线，确认是否有异常。 e、检查点火装置的各处连接正常，然后进行点火 实验。
按工艺分类
按设备分类 立式管
炉管设备简介
炉管设备简介
三管卧式炉系统
双体立式炉系统
设备简介
炉管：高温作业(300-1350度)， 可分为以下几个部分： 组成部分 功能 控制柜 →对设备的运行进行统一控制； 装舟台： →硅片放置的区域，由控制柜控制运行 炉 体： →对硅片进行高温作业的区域，由控制 柜控制升降温 源 柜： →供应源、气的区域，由控制柜控制气 体阀门的开关。
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四、扩散工艺的发展 快速气相掺杂（RVD：Rapid Vapor-phase Doping），一种掺杂剂从气相直接向硅中扩散并 形成超浅结的快速掺杂工艺。 气体浸没激光掺杂（GILD：Gas Immersion Laser Doping）,用准分子激光器产生高能力密度的 短脉冲激光，照射处于气态源中的硅表面，达到 一个掺杂的效果。
扩散
2.4 常见问题的处理 程序中断 对策：检查炉管的作业记录，找出中断的真正原因； 根据作业记录中剩余时间的多少确定返工时间； 必须减去升降温的时间补偿。
扩散
硼掺杂后，电阻均匀性变差 对策 1．检查排风有无变化 2．检查炉管的温度有无大的偏差 3．检查硼乳胶源胶膜有无异常 4．检查MFC的流量有无波动
氧化
3、湿氧氧化 湿氧氧化反应气体中包括O2 和H2O ，实际上是 两种氧化的结合使用。 湿氧氧化化学反应式： 2H2+O2==2H2O （点火腔反应） 2H2O+Si == SiO2+2H2 （炉管工艺腔反应） Si+O2 == SiO2 （炉管工艺腔反应）
氧化
湿氧氧化的生长速率介于干氧氧化和水汽氧化之 间； 在今天的工艺中H2O的形成通常是由H2和O2 的反应得到；因此通过H2和O2的流量比例来调节 O2 和H2O的分压比例，从而调节氧化速率，但为 了安全，H2/O2比例不可超过1.88。SIMGUI MRL 炉管使用(9L/6L ,),TEL炉子用8L/6L 湿氧氧化的氧化层对杂质掩蔽能力以及均匀性均 能满足工艺要求，并且氧化速率比干氧氧化有明 显提高，因此在厚层氧化中得到了较为广泛的应 用。
扩散
d 排风不畅，会使气体不能及时排出，集中在炉 管之内，使掺杂电阻难于控制。 2.3 硼扩散工艺控制 a、拉恒温区控制温度 b、电阻均匀性电阻均匀性可以反应出温度或气 体的变化以及时发现工艺和设备发生的问题，在 进行炉管等备件的更换时，需及时进行该QC的验 证工作，以确定炉管正常。 c、清洗炉管
氧化
1、干氧氧化 干氧氧化化学反应式：Si+O2 == SiO2 氧分子以扩散的方式通过氧化层到达二氧化硅-硅 表面，与硅发生反应，生成一定厚度的二氧化硅 层。 优点：SiO2结构致密，均匀性、重复性好，掩蔽 能力强，对光刻胶的粘附性较好； 缺点：生长速率较慢
氧化
2、水汽氧化 水汽氧化化学反应式：2H2O+Si == SiO2+2H2 缺点：水汽氧化生长速率快，但结构疏松，掩蔽 能力差，有较多缺陷。对光刻胶的粘附性较差。
氧化
2、装载端膜厚异常 对策： 1.如使用控制片，检查OM控制片； 2.检查排风正常 3.检查炉门正常 4.检查恒温区正常 5.检查舟位置正常
氧化
立卧式炉管功能比对
扩散
概述： 扩散技术目的在于控制半导体中特定区域内杂 质的类型、浓度、深度和PN结。在集成电路发展 初期是半导体器件生产的主要技术之一。
氧化
4、集成电路的隔离介质 二氧化硅的隔离效果比PN结的隔离效果好，漏电 流小，耐击穿能力强，隔离区和衬底之间的寄生 电容小，不受外界偏压的影响，使器件有较高的 开关速度。如工艺中常用的场氧化就是生长较厚 的二氧化硅膜，达到器件隔离的目的。
氧化
图中蓝色线条区域为氧化层膜
Si3N4
SiO2
IC中常见的SiO2生长方法：
热氧化法、淀积法
氧化
热氧化法概念 热氧化法是在高温下（900℃-1200℃）使硅片 表面形成二氧化硅膜的方法。 热氧化目的 热氧化的目的是在硅片上制作出一定质量要求 的二氧化硅膜，对硅片或器件起保护、钝化、绝 缘、缓冲介质等作用。硅片氧化前的清洗、热氧 化的环境及过程是制备高质量二氧化硅膜的重要 环节。
P-Well N-Well Si(P)
氧化
5、MOS场效应晶体管的绝缘栅材料 二氧化硅的厚度和质量直接决定着MOS场效应晶 体管的多个电参数，因此在栅氧化的工艺控制中， 要求特别严格。
Gate-oxide Poly
SiO2
P-Well N-Well Si(P)
氧化
二、生长氧化层的方法 干氧氧化 水汽氧化 湿氧氧化 掺氯氧化