半導(dǎo)體制程概論chaer加熱工藝

1Chapter5

加熱制程王紅江，Ph.D.fwang@2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(shuō)明快速加熱制程(RTP)的優(yōu)點(diǎn)3主題簡(jiǎn)介硬設(shè)備氧化擴(kuò)散退火離子注入后退火合金熱處理再流動(dòng)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(lái)的趨勢(shì)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(diǎn)高加熱制程通常在高溫爐進(jìn)行，一般稱之為擴(kuò)散爐早期的半導(dǎo)體工業(yè)已廣泛的應(yīng)用在擴(kuò)散摻雜的制程5簡(jiǎn)介硅的優(yōu)點(diǎn)高豐量,價(jià)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(kuò)散是制程中的支柱6集成電路制程流程材料設(shè)計(jì)光刻集成電路生產(chǎn)廠房測(cè)試封裝最后測(cè)試加熱制程光刻離子注入去光刻膠金屬化化學(xué)機(jī)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(kuò)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(jì)算機(jī)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送至工工藝爐管MFCMFCMFC控制閥閥調(diào)壓器器氣體鋼鋼瓶氣體輸輸送系系統(tǒng)示示意圖圖12源氣柜柜氣體源源氧水蒸氣氣氮?dú)錃怏w控控制面面板流量控控制器器流量計(jì)計(jì)13氧化的的氧來(lái)來(lái)源干式氧氧化---高純度度的氧氧氣水蒸氣氣氣泡式式系統(tǒng)統(tǒng)沖洗式式系統(tǒng)統(tǒng)氫和氧氧,H2+O2H2O氯源,柵極再再氧化化過程程抑制制移動(dòng)動(dòng)的離離子無(wú)水氯氯化氫氫,HCl三氯乙乙烯(TCE),三氯乙乙烷(TCA)14擴(kuò)散源源P型摻雜雜物B2H6,燒焦巧巧克力力和太太甜的的味道道有毒易易燃且且易爆爆的N型摻雜雜物PH3,腐魚味味AsH3,像大蒜蒜的味味道有毒易易燃且且易爆爆的吹除凈凈化的的氣體體N215沉積源源做為多多晶硅硅和氮氮化硅硅沉積積的硅硅源:硅烷,SiH4,會(huì)自燃燃,有毒且且易爆爆炸二氯硅硅烷,SiH2Cl2,極易燃燃氮化硅硅沉積積的氮氮源:NH3,刺鼻的的,讓人不不舒服服的味道,具腐蝕蝕性多晶硅硅沉積積的摻摻雜物物B2H6,PH3和AsH3吹除凈凈化的的氣體體N216退火源源高純度度的氮氮?dú)?大部分分的退退火制制程使使用.H2O經(jīng)常做做為PSG或BPSG再流動(dòng)動(dòng)制程程的周周圍氣氣體.在淺溝溝絕緣緣槽制制程中中的未未摻雜雜硅玻玻璃化化學(xué)機(jī)機(jī)械研研磨制制程，，退火火制程程中使使用氧氧氣.較低等等級(jí)的的氮?dú)鈿馐褂糜迷陂e閑置吹吹除凈凈化制制程.17排氣系系統(tǒng)再釋放放前要要先移移除有有害的的氣體體有毒的的,易燃的的,易爆炸炸的,具腐蝕蝕性的的氣體體.燃燒室室移除除大部部分有有毒的的,易燃的的,易爆炸炸的氣氣體洗滌室室用水水移除除燃燒燒后的的氧化化物和和具腐腐蝕性性的氣氣體.處理后后的氣氣體排排放到到大氣氣.18裝載晶晶圓,水平式式系統(tǒng)統(tǒng)到排氣氣端制程爐爐管晶舟承載架架制程氣氣體晶圓19裝載晶晶圓,垂直式式系統(tǒng)統(tǒng)晶圓塔架20熱制程程對(duì)溫溫度相相當(dāng)?shù)牡拿舾懈斜匾牡木苊軠囟榷瓤刂浦?.5°°C,中央?yún)^(qū)區(qū)帶0.05%在1000°°C溫度控控制21溫度控控制系系統(tǒng)熱偶與與反應(yīng)應(yīng)管接接觸成比例例的能能帶控控制器器將功功率饋饋入加加熱線線圈加熱功功率與與設(shè)定定點(diǎn)和和測(cè)量量點(diǎn)的的差值值成比比例22反應(yīng)室室高純度度石英英高溫穩(wěn)穩(wěn)定性性適當(dāng)基基本的的清洗洗缺點(diǎn)易碎的的一些金金屬離離子不能作作為鈉鈉的屏屏障高于1200°°C可能產(chǎn)產(chǎn)生冰冰晶雪雪花般般多晶晶態(tài)結(jié)結(jié)構(gòu)，，從而而表層層產(chǎn)生生剝離離23水平式式高溫溫爐中心帶帶區(qū)平坦帶帶區(qū)距離溫度加熱線線圈石英爐爐管氣流晶圓24制程反應(yīng)室晶圓塔架加熱器垂直式式高溫溫爐,制程位位置25石英爐爐管電融合合火焰融融合兩者可可用來(lái)來(lái)追蹤蹤金屬屬量火焰融融合管管產(chǎn)生生的組組件具具有較較佳的的特性性.26石英管管清洗洗對(duì)沉積積高溫溫爐制制程避避免粒粒子污污染物物特別別重要要在生產(chǎn)產(chǎn)工廠廠外面面,反應(yīng)室室外氫氟酸酸(HF)儲(chǔ)存槽槽每一次次移除除石英英的薄薄層受限于于石英英管的的生命命期反應(yīng)室室內(nèi)部部清洗洗在管的的內(nèi)部部產(chǎn)生生等離離子體體在等離子子體中從NF3分解離離開污污染物物產(chǎn)生生氟元元素自自由基基27碳化硅硅管優(yōu)點(diǎn)較高的的熱穩(wěn)穩(wěn)定性性較好的的金屬屬離子子阻擋擋缺點(diǎn)比較重重比較貴貴28溫度控控制反反-彎曲法法向制程程溫度度傾斜斜較低溫溫時(shí)慢慢慢的的裝載載晶圓圓(閑置溫溫度,~800°°C)在一個(gè)個(gè)較短短的穩(wěn)穩(wěn)定周周期之之后，，使溫溫度向向制程程點(diǎn)傾傾斜慢速裝裝載1英吋/分鐘200片六吋吋晶圓圓溫度度約下下降50°°C的熱容容量29水平式式高溫溫爐包含3~4個(gè)爐管管(反應(yīng)室室)每一個(gè)個(gè)爐管管的溫溫度控控制系系統(tǒng)分分開30水平高高溫爐爐中心帶區(qū)平坦帶區(qū)距離溫度加熱線圈石英爐管氣流晶圓31高溫爐晶圓清洗站站晶圓裝載站站手動(dòng)晶圓裝裝載自動(dòng)晶圓裝裝載氧化制程自自動(dòng)化32垂直石英爐爐制程管以垂垂直方向置置放較小的占地地面積較好的污染染物控制較好的晶圓圓控制較低的維護(hù)護(hù)成本和較較高的晶圓圓處理量33制程反應(yīng)室室晶圓塔架加熱器垂直高溫爐爐,裝載和卸除除的位置34較小的占地地空間先進(jìn)生產(chǎn)工工廠的無(wú)塵塵室空間相相當(dāng)昂貴小的占地面面積降低建建造成本【costofownership(COO)】35較好的污染染物控制氣體流動(dòng)從從上到下對(duì)于層氣流流的控制有有較好的均均勻性粒子大部分分落在最上上面的晶圓圓，而不會(huì)會(huì)掉到底下下的晶圓36較好的晶圓圓控制當(dāng)控制較大大直徑尺寸寸的晶圓數(shù)數(shù)量時(shí)，作作用在水平平爐管的承承載架的力力矩也很高高在垂直高溫溫爐的晶圓圓塔架則是是零力矩37硬件設(shè)備綜述高溫爐經(jīng)常常使用在加加熱制程高溫爐一般般包括控制制系統(tǒng)、氣氣體輸送系系統(tǒng)、制程程爐管或反反應(yīng)室、晶晶圓裝載系系統(tǒng)和氣體體排放系統(tǒng)統(tǒng).垂直高溫爐爐因?yàn)橛休^較小的占地地面積、較較好的污染染物控制和和較低的維維護(hù)成本因因此被廣泛泛使用.精確的溫度度控制和均均勻性是加加熱制程成成功的首要要因素.38氧化39氧化簡(jiǎn)介應(yīng)用機(jī)制制程系統(tǒng)快速加熱氧氧化40簡(jiǎn)介硅和氧產(chǎn)生生反應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的的氧化物廣泛的使用用在IC制造Si+O2SiO241二氧化硅硅O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2原生硅表面45%55%O2O2O2O2O2硅氧化制程程42硅元素的事事實(shí)名稱硅符號(hào)Si原子序14原子量28.0855發(fā)現(xiàn)者鐘斯、杰可可柏、柏塞塞利爾斯發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)瑞典發(fā)現(xiàn)日期1824名稱來(lái)源由拉丁字silicis衍生而來(lái)，，意指火石石單晶硅的鍵鍵長(zhǎng)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(diǎn)1414。C沸點(diǎn)2900。C熱傳導(dǎo)系系數(shù)150Wm-1K-1線性熱膨膨脹系數(shù)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43氧的一些些事實(shí)名稱氧符號(hào)O原子序8原子量15.9994發(fā)現(xiàn)者約瑟夫?普瑞斯特特萊/卡爾西雷雷發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)點(diǎn)英格蘭/瑞典發(fā)現(xiàn)日期期1774命名起源源從希臘字字的““oxy””和“genes”衍生而來(lái)來(lái)代表酸素素形成之之意摩爾體積積17.36cm3音速317.5m/sec折射系數(shù)數(shù)1.000271熔點(diǎn)54.8K=-218.35陣C沸點(diǎn)90.2K=-182.95陣C熱傳導(dǎo)系系數(shù)0.02658Wm-1K-1應(yīng)用熱氧化,CVD氧化物反應(yīng)式濺濺射及光光阻剝除除主要來(lái)源源O2,H2O,N2O,O344氧化的應(yīng)應(yīng)用擴(kuò)散的遮遮蔽層表面鈍化化屏蔽氧化化層,襯墊氧化化層,阻擋用的的氧化層層絕緣全區(qū)氧化化層和硅硅的局部部氧化柵極氧化層層45擴(kuò)散的阻阻擋硼(B)和磷(P)在二氧化化硅的擴(kuò)擴(kuò)散速率率比在硅硅的擴(kuò)散散速率來(lái)來(lái)的低二氧化硅硅可做為為擴(kuò)散遮遮蔽硅摻雜物二氧化硅硅二氧化硅硅46表面鈍化化的應(yīng)用用硅二氧化硅硅襯墊氧化化層屏蔽氧化化層犧牲氧化化層阻阻擋用用的氧化化層正常薄氧氧化層厚厚度(~150?)以保護(hù)受受到污染染物或過過度的應(yīng)應(yīng)力.47光阻光阻硅基片摻雜離子子屏蔽氧化化層屏蔽氧化化層48USG硅襯墊氧化化層氮化硅硅襯墊氧化化層氮化硅硅USG阻擋氧化化層槽溝蝕刻刻槽溝填充充USGCMP;USG退火;氮化硅和和襯墊氧化化層剝除除STI制程中的的襯墊氧氧化層和和阻擋氧氧化層49襯墊氧化化層的應(yīng)應(yīng)用氮化硅硅基片襯墊氧化層緩沖氮化化硅的高高應(yīng)力張張力預(yù)防應(yīng)力力產(chǎn)生硅硅的缺陷陷50組件絕緣緣的應(yīng)用用相鄰組件件間的電電性絕緣緣全區(qū)覆蓋蓋式氧化化層硅的局部部氧化(LOCOS)厚的氧化化層厚度度,通常是3,000到10,000??51硅硅硅二氧化硅硅場(chǎng)區(qū)氧化化層晶圓清洗洗場(chǎng)區(qū)氧化化氧化物蝕蝕刻活化區(qū)全面場(chǎng)區(qū)區(qū)覆蓋氧氧化制程程52硅的局部部氧化制制程氮化硅P型基片P型基片氮化硅p+p+p+絕緣摻雜雜P型基片p+p+p+絕緣摻雜雜SiO2襯墊氧化化層襯墊氧化化,氮化硅沉沉積及圖圖案化LOCOS氧化氮化硅以以及襯墊墊氧化層層剝除鳥嘴SiO253硅的局部部氧化和全區(qū)覆覆蓋式氧氧化層比比較較好的絕絕緣效果果表面臺(tái)階階高度較較低側(cè)壁坡度度較小缺點(diǎn)表面粗糙糙的拓璞璞鳥嘴被淺溝槽槽絕緣取取代(STI)54犧牲氧化化層的應(yīng)應(yīng)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犧牲氧化化層剝除犧牲氧化化層?xùn)艠O氧化層層犧牲氧化化層?xùn)艠O氧化層層從硅晶表表面移除除缺陷55組件介電電質(zhì)的應(yīng)應(yīng)用柵極氧化化層:最薄且多多大部分分是關(guān)鍵鍵層電容介電電質(zhì)多晶硅硅基片n+柵極薄氧化層層源極汲極P型硅n+VD>0電子VG5680年代至今今淺溝槽絕絕緣100-200??阻擋氧化化層氧化層的的應(yīng)用氧化層名名稱厚度應(yīng)用應(yīng)用的時(shí)時(shí)間原生氧化化層15-20?不必要的的-屏蔽氧化化層~200?離子注入入70年代中期期至今遮蔽氧化化層~5000??擴(kuò)散場(chǎng)區(qū)及局局部氧化化層3000-5000?絕緣60年代到90年代代襯墊氧化化層100-200??氮化硅應(yīng)應(yīng)力緩沖沖層60年代至今今犧牲氧化化層<1000?缺陷移除除70年代至今今柵極氧化層層30-120?匣極介電電質(zhì)60年代至今今60年代到70年代代中期57不當(dāng)清洗洗的硅表表面上生生成的二二氧化硅硅結(jié)構(gòu)58粒子有機(jī)殘留留物無(wú)機(jī)殘留留物原生氧化化層氧化前的的清洗59美國(guó)無(wú)線線電公司司(RCA)的清洗1960年RCA公司的克克恩和布布?xì)W迪南南首先發(fā)發(fā)展出來(lái)來(lái)集成電路路場(chǎng)最常常使用的的清洗制制程SC-1–在70~80C將NH4OH:H2O2:H2O按1:1:5到1:2:7的比例混混合，移移除有機(jī)機(jī)污染物物.SC-2-在70~80C將HCl:H2O2:H2O按1:1:6到1:2:8比例混混合，，移除除無(wú)機(jī)機(jī)污染染物去離子子水沖沖洗HF溶液或或是在在輕氟氟酸蒸蒸氣蝕蝕刻機(jī)機(jī)中移移除原原生氧氧化層層60高純度度去離離子水水或是是去離離子水水清洗洗后使使用H2SO4:H2O2溶液.在去離離子水水洗滌滌,旋干且且/或烘干(100到125°°C)后，以以高壓壓凈化化或浸浸在加加熱的的浸泡泡槽中中，.氧化前前晶圓圓的清清洗粒子移移除61強(qiáng)氧化化劑可可以移移除有有機(jī)殘殘留的的污染染物.去離子子水清清洗后后，使使用H2SO4:H2O2或NH3OH:H2O2溶液在以去去離子子水洗洗滌,旋干且且/或烘干(100到125°°C)后，以以高壓壓凈化化或浸浸在加加熱的的浸泡泡槽中中.氧化前前晶圓圓的清清洗有機(jī)污污染物物移除除62HCl:H2O.在去離離子水水洗滌滌,旋干且且/或烘干(100到125°°C)后，浸浸在加加熱的的浸泡泡槽中中.氧化前前晶圓圓的清清洗無(wú)機(jī)污污染物物移除除63HF:H2O.在以去去離子子水洗洗滌,旋干且且/或烘干(100到125°°C)之后，，浸在在加熱熱的浸浸泡槽槽中或或單晶晶硅蒸蒸氣蝕蝕刻.氧化前前晶圓圓的清清洗原生氧氧化層層移除除64氧化反反應(yīng)機(jī)機(jī)構(gòu)Si+O2SiO2氧氣來(lái)來(lái)自于于氣體體硅來(lái)自自于基基片氧分子子必須須擴(kuò)散散穿過過氧化化層，，才能能和底底下的的硅原原子產(chǎn)產(chǎn)生化化學(xué)反反應(yīng)越厚的的薄膜膜成長(zhǎng)長(zhǎng)速率率越低低65氧化速速率區(qū)區(qū)域的的說(shuō)明明圖氧化層層厚度度氧化時(shí)時(shí)間線性成成長(zhǎng)區(qū)區(qū)域BAX=t擴(kuò)散限限制區(qū)區(qū)域X=Bt66<100>硅干氧氧氧化化反應(yīng)應(yīng)246810121416180.81.01.2氧化時(shí)時(shí)間(小時(shí))氧化層層厚度度(微米)1200°°C1150°°C1100°°C1050°°C1000°°C950°°C900°°C<100>硅干氧氧氧化化反應(yīng)應(yīng)67濕(蒸氣)氧氧化化反應(yīng)應(yīng)Si+2H2OSiO2+2H2高溫狀狀態(tài)下下，H2O會(huì)解離離成H和H-OH-O在二氧氧化硅硅比在在氧擴(kuò)擴(kuò)散較較快濕氧氧氧化反反應(yīng)比比干氧氧氧化化反應(yīng)應(yīng)的成成長(zhǎng)速速率高高.68<100>硅濕濕氧氧氧化化反應(yīng)應(yīng)24681012141618200.501.01.52.02.53.0氧化時(shí)時(shí)間(小時(shí))氧化層層厚度度(微米)1150°°C1100°°C1050°°C1000°°C950°°C900°°C<100>硅濕氧氧氧化化反應(yīng)應(yīng)69影響氧氧化速速率的的因素素溫度化學(xué)反反應(yīng),濕氧氧氧化或或干氧氧氧化化厚度壓力晶圓方方位(<100>vs.<111>)硅的摻摻雜物物70氧化速速率溫度氧化速速率對(duì)對(duì)溫度度具高高敏感感性(指數(shù)相相關(guān))溫度越越高，，氧化化速率率越高高.溫度越越高，，氧和和硅之之間的的化學(xué)學(xué)反應(yīng)應(yīng)速率率和氧氧在二二氧化化硅的的擴(kuò)散散速率率也都都較高高.71氧化速速率晶圓方方位<111>表表面比比<100>的表面面有較較高的的演化化速率率.表面上上有更更多的的硅原原子.72濕氧氧氧化速速率12340氧化時(shí)時(shí)間(小時(shí))1.01.41.8氧化層層厚度度(微米)<111>方位位95°°C水1200°°C1100°°C1000°°C920°°C73氧化速速率摻雜物物濃度度纏雜務(wù)務(wù)元素素和濃濃度高度非非晶硅硅摻雜雜硅有有較高高的成成長(zhǎng)速速率，，較少少的致致密薄薄膜，，蝕刻刻也較較快.一般高高度摻摻雜區(qū)區(qū)域比比低度度摻雜雜區(qū)有有較高高的成成長(zhǎng)速速率.線性階階段(薄氧化化層)的氧化化速率率較快快.74N型摻雜雜物(P,As,Sb)在Si中比在在SiO2中有較較高的的溶解解度,當(dāng)SiO2成長(zhǎng)，，他們們會(huì)移移動(dòng)滲滲入硅硅中，，像鏟鏟雪機(jī)機(jī)把雪雪堆高高一樣樣，稱稱為堆堆積效效應(yīng).硼傾向向被吸吸到SiO2,造成硼硼濃度度匱乏乏，稱稱為空空乏效效應(yīng).氧化：：摻雜雜物N型摻質(zhì)質(zhì)的堆堆積效效應(yīng)和和P型摻質(zhì)質(zhì)的空空乏效效應(yīng)75Si-SiO2界面面SiO2摻雜雜物物濃濃度度SiSi-SiO2界面面SiO2摻雜雜物物濃濃度度SiP型摻摻雜雜物物的的堆堆積積現(xiàn)現(xiàn)象象N型摻摻雜雜物物的的堆堆積積現(xiàn)現(xiàn)象象原始始的的硅硅表表面面原始始的的硅硅表表面面原始始分分布布空乏乏效效應(yīng)應(yīng)和和堆堆積積效效應(yīng)應(yīng)76HCl用來(lái)來(lái)減減少少移移動(dòng)動(dòng)的的離離子子污污染染物物.廣泛泛的的使使用用在在匣匣極極氧氧化化層層的的制制程程.成長(zhǎng)長(zhǎng)速速率率可可增增加加1%~5%氧化化速速率率摻摻雜雜氧氧化化(HCl)77氧化化膜膜越越厚厚，，氧氧化化速速率率越越慢慢.氧分分子子需需要要更更多多的的時(shí)時(shí)間間擴(kuò)擴(kuò)散散穿穿越越氧氧化化層層和和硅硅基基片片進(jìn)進(jìn)行行反反應(yīng)應(yīng).氧化化速速率率相相異異的的氧氧化化78氧化化前前的的清清洗洗熱成成長(zhǎng)長(zhǎng)的的二二氧氧化化硅硅是是非非晶晶態(tài)態(tài)物物質(zhì)質(zhì).容易易交交叉叉結(jié)結(jié)合合而而形形成成結(jié)結(jié)晶晶構(gòu)構(gòu)造造自然然界界是是以以石石英英和和石石英英砂砂的的型型態(tài)態(tài)存存在在缺陷陷和和粒粒子子會(huì)會(huì)成成為為結(jié)結(jié)晶晶化化過過程程中中的的成成核核點(diǎn)點(diǎn)結(jié)晶晶的的SiO2遮蔽蔽能能力力較較差差.氧化化之之前前需需要要清清洗洗硅硅表表面面.79氧化化制制程程干氧氧氧氧化化,薄氧氧化化層層匣極極氧氧化化層層襯墊墊氧氧化化層層,屏幕幕氧氧化化層,犧牲牲氧氧化化層層等等.濕氧氧氧氧化化,厚氧氧化化層層全區(qū)區(qū)氧氧化化層層擴(kuò)散散屏屏蔽蔽氧氧化化層層80往制制程程管管MFCMFCMFC控制制閥閥調(diào)壓壓閥閥制程程氮氮?dú)鈿獯党齼魞艋獨(dú)鈿釵2HClMFC干氧氧氧氧化化系系統(tǒng)統(tǒng)示示意意圖圖81干氧氧氧氧化化干仰仰是是主主要要的的制制程程氣氣體體匣極極氧氧化化層層用用HCl來(lái)移移除除移移動(dòng)動(dòng)的的離離子子高純純度度的的氮氮?dú)鈿庾鲎鰹闉橹浦瞥坛檀荡党齼魞艋牡臍鈿怏w體等級(jí)級(jí)較較低低的的氮氮?dú)鈿庾鲎鰹闉殚e閑置置吹吹除除凈凈化化的的氣氣體體82匣極極氧氧化化層層的的步步驟驟閑置置時(shí)時(shí)通通入入吹吹除除凈凈化化氮氮?dú)鈿鈿鈿饬髁鏖e置置時(shí)時(shí)通通入入制制程程氮氮?dú)鈿鈿鈿饬髁髟谥浦瞥坛痰獨(dú)鈿鈿鈿饬髁飨孪掳寻丫Ье壑弁仆迫肴霠t爐管管在制制程程氮氮?dú)鈿鈿鈿饬髁飨孪律吒邷販囟榷仍谥浦瞥坛痰獨(dú)鈿鈿鈿饬髁飨孪路€(wěn)穩(wěn)定定溫溫度度關(guān)閉閉氮氮?dú)鈿鈿鈿饬髁?，，通通入入氧氧化化制制程程用用的的氧氧氣氣和和氯氯化化氫?3懸浮浮鍵鍵引引起起的的界界面面狀狀態(tài)態(tài)電電荷荷SiO2Si+++++懸浮鍵Si-SiO2界面界面狀態(tài)電荷(正極)84匣極極氧氧化化層層的的步步驟驟(續(xù))關(guān)閉閉氧氧氣氣開開始始通通入入氮氮?dú)鈿?，，進(jìn)進(jìn)行行氧氧化化物物退退火火在制制程程氮氮?dú)鈿鈿鈿饬髁飨孪麻_開始始降降溫溫在制制程程氮氮?dú)鈿鈿鈿饬髁飨孪聦⒕Ье壑劾龀鲩e置置時(shí)時(shí)通通入入吹吹除除凈凈化化氮氮?dú)鈿鈿鈿饬髁鲗?duì)下下一一批批晶晶舟舟重重復(fù)復(fù)上上述述制制程程閑置置狀狀態(tài)態(tài)下下通通入入吹吹除除凈凈化化氮氮?dú)鈿鈿鈿饬髁?5濕氧氧化化制程較快,生產(chǎn)量較較高較厚的氧氧化層,LOCOS氧化層干氧氧化化有較好好的質(zhì)量量制程溫度薄膜厚度氧化時(shí)間干氧氧化1000°C1000?~2小時(shí)濕氧氧化1000°C1000?~12分鐘86水蒸氣源源煮沸式氣泡式?jīng)_洗式氫氧燃燒燒式87MFC制程爐管管水加熱器加熱的氣氣體管路路加熱的前前段管路路排氣蒸氣氣泡泡煮沸式系系統(tǒng)88加熱器MFC制程爐管管排氣氮?dú)獾獨(dú)鈿馀菖菁訜岬臍鈿怏w管路路N2+H2O水氣泡式系系統(tǒng)89MFC制程爐管管水N2熱平板加熱器沖洗式系系統(tǒng)90H2O2熱偶計(jì)到排氣端端氫氣燃燒燒,2H2+O22H2O制程爐管管晶舟承載架氫氧燃燒燒蒸氣系系統(tǒng)91氫氧燃燒燒蒸氣系系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)全氣體系系統(tǒng)可以準(zhǔn)確確的控制制氣流的的流量缺點(diǎn)必須使用用易燃且且易爆的的氫氣典型的H2:O2比例介于于1.8:1到1.9:1.92燃燒蒸氣氣濕氧氧氧化系統(tǒng)統(tǒng)MFCMFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮?dú)鈿獯党齼艋獨(dú)釵2H2MFC洗滌室排氣制程爐管管晶圓燃燒室93濕氧氧化化制程步步驟閑置時(shí)通通入吹除除凈化氮氮?dú)鈿饬髁鏖e置時(shí)通通入制程程氮?dú)鈿鈿饬魍ㄈ胫瞥坛痰獨(dú)鈿鈿饬饕约凹按罅康牡难鯕馔ㄈ胫瞥坛痰獨(dú)鈿鈿饬骱脱跹鯕猓喊寻丫е弁仆迫霠t管管通入制程程氮?dú)鈿鈿饬骱脱跹鯕猓洪_始升高高溫度通入制程程氮?dú)鈿鈿饬骱脱跹鯕猓悍€(wěn)穩(wěn)定爐管管溫度注入大量量氧氣并并關(guān)掉氮氮?dú)鈿饬髁鞣€(wěn)定氧氣氣氣流94濕氧氧化化制程步步驟打開氫氣氣流并將將之點(diǎn)燃燃；穩(wěn)定定氫氣氣氣流利用氧氣氣和氫氣氣氣流進(jìn)進(jìn)行蒸氣氣氧化反反應(yīng)關(guān)閉氫氣氣，氧氣氣氣流繼繼續(xù)通入入關(guān)閉氧氣氣，開始始通入制制程氮?dú)鈿鈿饬髟谥瞥痰獨(dú)鈿饬髁飨麻_始始降溫在制程氮氮?dú)鈿饬髁飨聦⒕Ье劾龀鲩e置時(shí)通通入制程程氮?dú)鈿鈿饬鲗?duì)下一批批晶舟重重復(fù)上述述制程閑置時(shí)通通入吹除除凈化氮氮?dú)鈿饬髁?5次微米深深度組件件的匣極極氧化層層非常薄的的氧化薄薄膜,<30??在高溫時(shí)時(shí)有較佳佳的溫度度控制,晶圓內(nèi)以以及晶圓圓對(duì)晶圓圓的均勻勻性.為達(dá)到組組件的需需求使用用快速加加熱氧化化制程.快速加熱熱氧化96時(shí)間升溫1及升溫溫2降溫RTA裝載晶圓圓卸除晶圓圓RTOO2流量N2流量HCl流量溫度快速加熱熱氧化(RTO)制程示意意圖97高壓氧化化較快的成成長(zhǎng)速率率降低氧化化的溫度度:1大氣壓.=––30°C較高的介介電質(zhì)強(qiáng)強(qiáng)度98高壓氧化化系統(tǒng)示示意圖高壓惰性性氣體高壓氧化化物氣體體不銹鋼套套管石英制程程反應(yīng)室室99高壓氧化化溫度壓力時(shí)間1大氣壓5小時(shí)1000。C5大氣壓1小時(shí)25大氣壓12分鐘成長(zhǎng)10,000??厚的濕氧氧氧化層層的氧化化時(shí)間100高壓氧化化時(shí)間壓力溫度1大氣壓1000。C5小時(shí)10大氣壓壓700在五小小時(shí)內(nèi)內(nèi)成長(zhǎng)10,000??厚的濕濕氧氧氧化層層的氧氧化溫溫度。C101高壓氧氧化復(fù)雜系系統(tǒng)安全爭(zhēng)爭(zhēng)點(diǎn)先進(jìn)半半導(dǎo)體體生產(chǎn)產(chǎn)工廠廠并不不愛用用高壓壓氧化化技術(shù)術(shù)102測(cè)量氧氧化層層厚度均勻性性色彩對(duì)對(duì)照表表橢圓光光譜儀儀反射光光譜儀儀匣極氧氧化層層崩潰電電壓C-V曲線特特征103線性偏偏極入入射光光橢圓偏偏極反反射光光n1,k1,t1n2,k2sp橢圓光譜譜儀系統(tǒng)統(tǒng)104t21基片介電質(zhì)薄薄膜,n(l)入射光人眼或光光傳感器器反射光及及相差(反射光譜譜儀)105C-V測(cè)試結(jié)構(gòu)構(gòu)電容計(jì)鋁金屬平臺(tái)臺(tái)硅氧化層大電阻加熱器加熱器106氧化層概概要硅的氧化化反應(yīng)高穩(wěn)定度度及相對(duì)對(duì)容易應(yīng)用絕緣,遮蔽,襯墊,阻擋,匣極氧化化層和其其他等.濕式氧化化過程和和干式氧氧化過程程先進(jìn)的IC芯片多使使用干式式氧化過過程在超薄匣匣極氧化化層使用用快速加加熱氧化化和退火火制程107擴(kuò)散108擴(kuò)散擴(kuò)散是常常見的物物理現(xiàn)象象物質(zhì)散布布方向是是從高濃濃度到低低濃度二氧化硅硅做為擴(kuò)擴(kuò)散的遮遮蔽層在半導(dǎo)體體制程的的摻雜中中廣泛的的使用“擴(kuò)散爐””和“擴(kuò)散區(qū)間間”109擴(kuò)散摻雜雜制程說(shuō)說(shuō)明摻雜物硅110擴(kuò)散摻雜雜制程說(shuō)說(shuō)明摻雜物硅接面深度度111接面深度度的定義義摻雜物的的背景濃濃度接面深度度,xj到晶圓表表面的距距離摻雜物濃濃度112擴(kuò)散N型硅遮蔽氧化化層N型硅p+p+遮蔽氧化化層113擴(kuò)散基于較少少制程控控制的因因素，被被離子布布植制程程取代仍被使用用在形成成井(well)的制程114熱積存高溫下?lián)綋诫s物的的原子擴(kuò)擴(kuò)散較快快D=D0exp(–EA/kT)較小的圖圖形尺寸寸,較少的空空間提供供摻雜物物熱擴(kuò)散散，較少的熱熱積存熱積存在在驅(qū)入階階段決定定離子布布植后熱熱制程的的溫度和和時(shí)間115S/D布植過量的熱熱積存匣極熱積存的的說(shuō)明1161mm1101001000104/T(K)78910100011009008002mm0.5mm0.25mm熱積存(sec)T(C)數(shù)據(jù)源:ChangandSze,ULSITechnology熱積存117擴(kuò)散摻雜雜制程摻雜物濃濃度與接接面深度度兩者與與溫度相相關(guān)沒有方法法可以單單獨(dú)控制制兩個(gè)因因素?fù)诫s物等等向擴(kuò)散散的剖面面1970年代中期期被離子子布植制制程取代代118擴(kuò)散摻雜雜制程二氧化硅硅做為不不易通過過的遮蔽蔽沉積摻雜雜物氧化化層覆蓋層氧氧化反應(yīng)應(yīng)預(yù)防摻雜雜物擴(kuò)散散到氣態(tài)態(tài)驅(qū)入119擴(kuò)散摻雜雜制程氧化,微影制程程技術(shù)和和氧化蝕刻刻預(yù)積:B2H6+2O2B2O3+3H2O覆蓋層氧氧化反應(yīng)應(yīng):2B2O3+3Si3SiO2+4B2H2O+SiSiO2+2H2驅(qū)入硼擴(kuò)散到到硅基片片120擴(kuò)散摻雜雜制程氧化,微影制程程技術(shù)和和氧化蝕刻刻沉積擴(kuò)散散物氧化化:4POCl3+3O22P2O5+3Cl2覆蓋氧化化反應(yīng)2P2O5+5Si5SiO2+4P磷集中在在硅表面面驅(qū)入磷擴(kuò)散的的硅基片片121MFCMFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮?dú)鈿獯党齼艋獨(dú)釵2POCl3MFC洗滌室排氣制程爐管管晶圓燃燒室磷擴(kuò)散系系統(tǒng)122硅基片晶圓清洗洗123硅基片氧化二氧化硅硅124硅基片二氧化硅硅光阻摻雜分區(qū)區(qū)圖形125硅基片二氧化硅硅光阻二氧化硅硅蝕刻126硅基片光阻剝除除二氧化硅硅127硅基片晶圓清洗洗二氧化硅硅128硅基片摻雜物氧氧化沉積積二氧化硅硅摻雜氧化化物129硅基片覆蓋氧化化反應(yīng)二氧化硅硅130五氧化二二磷氧化化沉積和和覆蓋氧氧化反應(yīng)應(yīng)N2流量POCl3流量O2流量推拉溫度升高高溫度穩(wěn)定定.摻雜沉積積覆蓋氧化化反應(yīng)溫度下降降晶圓位置置溫度釋入氮?dú)鈿?31驅(qū)入硅基片二氧化硅硅132硅基片剝除氧化化層,準(zhǔn)備下一一步二氧化硅硅133非晶晶硅硅驅(qū)驅(qū)入入溫度度氮流流量量氧流流量量推溫度度升升高高溫度度穩(wěn)穩(wěn)定定.驅(qū)入入晶圓圓位位置置拉溫度度下下降降穩(wěn)定定134限制制與與應(yīng)應(yīng)用用擴(kuò)散散是是等等向向性性的的制制程程，，而而且且吸吸附附在在遮遮蔽蔽氧氧化化層層的的底底層層無(wú)法法單單獨(dú)獨(dú)控控制制接接面面深深度度和和摻摻雜雜物物的的濃濃度度用來(lái)來(lái)做做為為井井區(qū)區(qū)布布植植驅(qū)驅(qū)入入為了了超超淺淺接接面面(ultrashallowjunction,USJ)的形形成成進(jìn)進(jìn)行行研研發(fā)發(fā)135擴(kuò)散散的的應(yīng)應(yīng)用用:驅(qū)入入井區(qū)區(qū)有有最最深深的的接接面面深深度度需要要非非常常高高的的離離子子布布植植能能量量百萬(wàn)萬(wàn)電電子子伏伏特特的的離離子子布布植植成成本本非非常常的的高高當(dāng)退退火火時(shí)時(shí)，，擴(kuò)擴(kuò)散散可可以以幫幫助助驅(qū)驅(qū)使使摻摻雜雜物物到到想想要要的的接接面面深深度度136P型外外延延光阻阻N型井井區(qū)區(qū)P+P型外外延延N型井區(qū)井區(qū)區(qū)布布植植和和驅(qū)驅(qū)入入137利用用硼硼的的擴(kuò)擴(kuò)散散在在超超淺淺接接面面形形成成的的制制程程小組組件件需需要要超超淺淺接接面面硼本本身身具具有有小小和和輕輕的的特特質(zhì)質(zhì)，，可可以以具具有有高高布布植植能能以以達(dá)達(dá)到到深深度度的的要要求求在研研發(fā)發(fā)淺淺接接面面形形成成時(shí)時(shí)，，應(yīng)應(yīng)用用可可控控制制的的熱熱擴(kuò)擴(kuò)散散制制程程138表面面清清洗洗硅基基片片淺溝溝槽槽絕絕緣緣淺溝溝槽槽絕絕緣緣金屬屬硅硅化化合合物物側(cè)壁壁空空間間層層側(cè)壁壁空空間間層層139硼硅硅玻玻璃璃化化學(xué)學(xué)氣氣相相沉沉積積法法硅基基片片淺溝溝槽槽絕絕緣緣淺溝溝槽槽絕絕緣緣硼硅硅玻玻璃璃金屬屬硅硅化化合合物物側(cè)壁壁空空間間層層側(cè)壁壁空空間間層層140快速速加加熱熱步步驟驟摻摻雜雜物物驅(qū)驅(qū)入入硅基基片片淺溝溝槽槽絕絕緣緣硼硅硅玻玻璃璃淺溝溝槽槽絕絕緣緣金屬屬硅硅化化合合物物多晶晶硅硅匣極極氧氧化化層層141剝除除硼硼硅硅玻玻璃璃硅基基片片淺溝溝槽槽絕絕緣緣淺溝溝槽槽絕絕緣緣金屬屬硅硅化化合合物物多晶晶硅硅匣極極氧氧化化層層142摻雜雜的的量量測(cè)測(cè)四點(diǎn)點(diǎn)探探針針Rs=r/t143四點(diǎn)點(diǎn)探探針針測(cè)測(cè)量量S1S2S3P1P2P3P4VI基片片摻雜雜區(qū)區(qū)域域144擴(kuò)散散的的概概要要擴(kuò)散散的的物物理理機(jī)機(jī)制制容容易易理理解解在早早期期IC制造造的的制制程程，，擴(kuò)擴(kuò)散散廣廣泛泛使使用用在在摻摻雜雜制制程程1970年代代中中期期之之后后被被離離子子布布植植技技術(shù)術(shù)取取代代145退火火和和快快速速加加熱熱制制程程146布植植后后退退火火能量量較較高高的的離離子子會(huì)會(huì)損損傷傷晶晶格格結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)非晶晶硅硅有有較較高高的的電電阻阻系系數(shù)數(shù)需要要額額外外的的能能量量(如：：熱熱)來(lái)幫助原子子回復(fù)晶格格結(jié)構(gòu)僅僅單晶結(jié)結(jié)構(gòu)的摻雜雜物可以被被活化147布植后退火火單晶結(jié)構(gòu)有有最低的位位能原子傾向于于停留在晶晶格位置熱能提供原原子作快速速熱運(yùn)動(dòng)所所需要的能能量原子尋找并并停留在位位能最低的的單晶晶格格位置溫度越高,退火越快148晶格原子離子布值之之前149摻雜原子晶格原子離子布值之之后150摻雜原子晶格原子晶體缺陷151晶格原子摻雜原子退火制程152合金熱處理理幫助不同原原子彼此結(jié)結(jié)合成化學(xué)學(xué)鍵形成金金屬合金的的加熱制程程.廣泛的用在在金屬硅化化物的形成成自我對(duì)準(zhǔn)金金屬硅化物物(salicide)鈦金屬硅化化合物,TiSi2鈷金屬硅化化物,CoSi2高溫爐和快快速加熱制制程153金屬硅化物物較多晶硅的的電阻低做為匣極材材料和金氧氧半晶體管管的區(qū)域內(nèi)內(nèi)部聯(lián)機(jī)做為電容電電極增進(jìn)組件的的速度和減減少熱的產(chǎn)產(chǎn)生TiSi2,WSi2是最常被使使用的金屬屬硅化物CoSi2,MoSi2等亦被使用用154鈦金屬硅化化物制程氬氣濺鍍清清洗鈦物理氣氣相沉積快速加熱制制程退火,~700°C鈦剝除,H2O2:H2SO2155鈦金屬硅化化物制程鈦n+n+STIp+p+USG多晶硅n+n+USGUSGSTI鈦金屬硅化化物n+n+USGp+p+USGSTI鈦金屬硅化化物側(cè)壁空間層層Ti沉積退火Ti剝除p+p+156鋁硅合金在硅的表面面生成防止硅鋁交交互擴(kuò)散造造成尖凸現(xiàn)現(xiàn)象(junctionspiking)157p+p+接面尖凸現(xiàn)現(xiàn)象N型硅AlAlAlSiO2158再流動(dòng)流動(dòng)的表面面圓滑平坦坦使微影技術(shù)術(shù)和金屬化化制程更容容易溫度越高，，流動(dòng)結(jié)果果越好熱積存決定定再流動(dòng)的的溫度和時(shí)時(shí)間較高的摻雜雜物濃度需需要較低的的流動(dòng)溫度度159PSG再流動(dòng)制程程說(shuō)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(dòng)后160再流動(dòng)未摻雜硅玻玻璃(USG)在非常高溫溫(T>1500°C)開始變軟，，由于表面面張力作用用流動(dòng)PSG和BPSG在明顯較低低的溫度(<1100°°C降到850°C)變軟磷也可以捕捕獲鈉PSG和BPSG通常使用在在金屬沉沉積前的介介電質(zhì)層(PMD)161再流動(dòng)制程程晶圓裝載溫度上升溫度穩(wěn)定再流動(dòng)溫度下降晶圓卸除162再流動(dòng)制程程再流動(dòng)制程程通常使用用氮?dú)庾鰹闉橹車臍鈿怏w有時(shí)候水蒸蒸氣也被拿拿來(lái)使用水蒸氣分子子容易和摻摻雜物原子子發(fā)生氧化化反應(yīng)163再流動(dòng)制程程越小的組件件,較少的熱積積存0.25mm以下的組件件，沒有足足夠的熱積積存做為再再流動(dòng)圓滑滑使用PSG退火(~750°C)取代再流動(dòng)動(dòng)164退火概要最常使用的的退火制程程是離子布布植后退火火、合金退退火和再流流動(dòng)在離子布植植制程后需需要熱退火火恢復(fù)晶格格的結(jié)構(gòu)和和活化摻雜雜物原子熱退火協(xié)助助金屬和硅硅反應(yīng)形成成金屬硅化化物165退火概要金屬退火可可幫助形成成較大的晶晶粒和減少少電阻性PSG或BPSG再流動(dòng)將介介電質(zhì)表面面圓滑平坦坦化，幫助助微影技術(shù)術(shù)制程和金金屬化制程程快速加熱制制程已成為為退火制程程成用的技技術(shù)166退火概要快速加熱制制程的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)較快的升溫溫速率(75~150°°C/sec)較高的溫度度(上升到1200°°C)較快的制程程摻雜物擴(kuò)散散最小化對(duì)熱積存有有較好的控控制晶圓對(duì)晶圓圓均勻性較較好的控制制167高溫沉積制制程168什么是化學(xué)學(xué)氣相沉積積化學(xué)氣相沉沉積氣體或蒸氣氣在基板表表面產(chǎn)生化化學(xué)反應(yīng)并并在表面形形成固態(tài)副副產(chǎn)品做為為沉積的薄薄膜其他的的副產(chǎn)產(chǎn)品是是會(huì)離離開表表面的的氣體體.廣泛使使用在在IC制程中中的金金屬、、介電電質(zhì)和和硅的的薄膜膜沉積積.169高溫化化學(xué)氣氣相沉沉積外延多晶硅硅氮化硅硅170外延單晶硅硅層外延硅硅外延硅硅—鍺外延砷砷化鎵鎵171外延硅硅提供高高質(zhì)量量的硅硅基片片，不不含氧氧跟碳碳雙載子子組件件需要要使用用高速的的金氧氧半晶晶體管管(CMOS)組件172外延硅硅高溫(~1000°C)制程.硅烷(SiH4),二氯硅硅烷(DCS,SiH2Cl2)或三氯硅硅烷(TCS,SiHCl3)做為硅的的來(lái)源氣氣體氫氣做為為制程氣氣體和清清洗氣體體三氫化砷砷(AsH3),三氫化磷磷(PH3),和氫化硼硼(B2H6)做為摻雜雜氣體173外延硅沉沉積硅烷制程程加熱(1000C)SiH4Si+H2硅烷外外延延矽氫氣二氯硅烷烷制程加熱(1150C)SiH2Cl2Si+2HCl二氯硅烷烷外延矽氯化氫174外延硅摻摻雜N-型摻雜物物加熱(1000C)AsH3As+3/2H2三氫化砷砷砷砷氫加熱(1000C)PH3P+3/2H2三氫化磷磷磷磷氫175外延硅摻摻雜P-型摻雜加熱(1000C)B2H62B+3H2氫化硼硼硼氫氫176外延硅經(jīng)常是在在晶圓制制造時(shí)沉沉積(“生長(zhǎng)”)而不是IC生產(chǎn)工廠廠生產(chǎn)工廠廠的外延延制程:例如有摻摻雜物的的濃度和和外延厚厚度的特特殊需求求選擇性外外延：升升高源源/汲極單晶圓外外延制程程177多晶硅高溫穩(wěn)定定性合乎常理理有較佳佳的傳導(dǎo)導(dǎo)性用來(lái)做為為匣極材材料和金金氧半晶晶體管的的區(qū)域內(nèi)內(nèi)部聯(lián)機(jī)機(jī)同時(shí)也被被廣泛的的用來(lái)做做為DRAM芯片的電電容器電電極178多晶硅在在DRAM上的應(yīng)用用多晶硅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)壁空間間層179多晶硅高溫爐(~700°°C)低壓化學(xué)學(xué)氣相沉沉積(LPCVD)制程硅烷(SiH4)或二氯硅硅烷(DCS,SiH2Cl2)做為硅源源氣體.氮?dú)庾鰹闉榍逑礆鈿怏w三氫化砷砷(AsH3),三氫化磷磷(PH3),和氫化硼硼(B2H6)用來(lái)做為為摻雜物物氣體180多晶硅沉沉積硅烷制程程加熱(750C)SiH4Si+H2硅烷多多晶硅氫氫DCSprocess加熱(750C)SiH2Cl2Si+2HCl二氯硅烷烷多多晶硅硅氫氫181多晶硅摻摻雜N-型摻雜加熱(750C)AsH3As+3/2H2三氫化砷砷砷氫氫加熱(750C)PH3P+3/2H2三氫化磷磷磷氫氫182多晶硅摻摻雜P-型摻雜加熱(750C)B2H62B+3H2氫化硼硼硼氫氫183硅烷制程程與溫度度的關(guān)系系單晶硅基基板硅烷做為為來(lái)源氣氣體T>900°C沉積單晶晶硅900°°C>T>550°C沉積多晶晶硅T<550°C沉積非晶晶硅184硅烷制程程的溫度度與晶體體結(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185多晶硅低低壓化學(xué)學(xué)氣相沉沉積系統(tǒng)統(tǒng)MFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮?dú)鈿獯党齼艋獨(dú)釹iH4MFC洗滌室排氣制程管晶圓燃燒室186多晶硅沉沉積制程程系統(tǒng)閑置置時(shí)注入入吹除凈凈化氮?dú)鈿鈿饬飨到y(tǒng)閑置置時(shí)注入入制程氮氮?dú)鈿饬髁髯⑷胫瞥坛痰獨(dú)鈿鈿饬?，載載入晶圓圓注入制程程氮?dú)鈿鈿饬鲿r(shí)降降下制程程爐管(鐘型玻璃璃罩)觀掉氮?dú)鈿鈿饬?，，抽真空空使反?yīng)應(yīng)室氣壓壓降至基基本氣壓壓(<2毫托)注入氮?dú)鈿鈿饬?，，穩(wěn)定晶晶圓溫度度并檢查查漏氣觀掉氮?dú)鈿鈿饬鳎?，抽真空空回到基基本氣壓?<2毫托)注入氮?dú)鈿鈿饬鳎海涸O(shè)定制制程氣壓(~250毫托)開啟SiH4氣流并關(guān)關(guān)掉氮?dú)鈿猓_始始沉積關(guān)掉硅烷烷氣流并并打開匣匣極活門門，抽真真空回到到基本氣氣壓關(guān)閉匣極極活門，，注入氮氮?dú)獠鈮禾崽岣叩揭灰淮髿鈮簤毫ψ⑷氲獨(dú)鈿鈿饬饕砸越档途ЬA溫度度，升起起鐘型玻玻璃罩注入制程程氮?dú)鈿鈿饬?，卸卸除晶圓圓系統(tǒng)閑置置時(shí)注入入吹除凈凈化氮?dú)鈿鈿饬?87多晶硅沉沉積制程程反應(yīng)室溫溫度晶圓溫度度氮?dú)饬鞴柰榱鞣磻?yīng)室壓壓力裝載晶圓圓卸除晶圓圓升高塔架架抽真空溫度穩(wěn)定定抽真空壓力穩(wěn)定定沉積Si3N4抽真空釋入氮?dú)鈿饨档退芗芫A塔架架位置188多晶硅沉沉積系統(tǒng)統(tǒng)晶圓裝載載站多晶硅沉沉積反應(yīng)應(yīng)室晶圓傳輸輸機(jī)械臂臂WSix沉積反應(yīng)應(yīng)室Wsix沉積反應(yīng)應(yīng)室冷卻室189多晶硅沉沉積系統(tǒng)統(tǒng)晶圓裝載載站多晶硅沉沉積反應(yīng)應(yīng)室晶圓傳輸輸機(jī)械臂臂WSix沉積反應(yīng)應(yīng)室冷卻室RTA反應(yīng)室190氮化硅致密的材材料廣泛的作作為擴(kuò)散散阻擋層層和鈍化化保護(hù)介介電質(zhì)層層低壓化學(xué)學(xué)氣相沉沉積法(LPCVD)【【前段】和電漿增增強(qiáng)型化化學(xué)氣相相沉積法法(PECVD)【【后段】LPCVD氮化硅制制程經(jīng)常常使用一一個(gè)帶有有真空系系統(tǒng)的高高溫爐191氮化硅的的應(yīng)用硅的局部部氧化形形成制程程做為阻阻擋氧氣氣擴(kuò)散的的遮蔽氧氧化層在淺溝槽槽絕緣形形成的制制程，被被當(dāng)作化化學(xué)機(jī)械械研磨的的停止層層金屬沉積積前的介介電質(zhì)層層做為摻摻雜物的的擴(kuò)散阻阻擋層蝕刻停止止層192硅的局部部氧化(LOCOS)制程氮化硅P型基板P型基板氮化硅p+p+p+隔絕摻雜雜P型基板p+p+p+絕緣摻雜雜SiO2襯墊氧化化層襯墊氧化化,氮化硅沉沉積和圖圖案化LOCOS氧化氮化硅和和襯墊氧氧化層剝剝除鳥嘴SiO2193淺溝槽絕絕緣制程程硅襯墊氧化化層氮化硅襯墊氧化化層和LPCVD氮化硅硅襯墊氧化化層氮化硅蝕刻氮化化硅和襯襯墊氧化化層光阻光阻硅襯墊氧化化層氮化硅剝除光阻阻194淺溝槽絕絕緣制程程的襯墊墊氧化層層與阻擋擋氧化層層硅襯墊氧化化層氮化硅硅襯墊氧化化層氮化硅硅未摻雜硅硅玻璃未摻雜硅硅玻璃阻擋氧化化層溝槽蝕蝕刻溝槽填填充未摻雜雜硅玻玻璃化化學(xué)氣氣相沉沉積法;氮化硅硅,襯墊氧氧化層層剝除除195自我對(duì)對(duì)準(zhǔn)接接觸窗窗蝕刻刻停止止層TiSi2P型硅側(cè)壁空空間層層n+n+n+BPSGBPSG光阻光阻氧化層層氮化硅硅多晶硅硅匣極極196氮化硅硅的快快捷方方式n+n+BPSGBPSG光阻光阻TiSi2n+P型硅氧化層層側(cè)壁空空間層層多晶硅硅匣極極氮化硅硅197光阻剝剝除n+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化層層側(cè)壁空空間層層多晶硅硅匣極極氮化硅硅198Ti/TiN沉積和和鎢鎢n+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化層層側(cè)壁空空間層層多晶硅硅匣極極鎢Ti/TiN氮化硅硅199化學(xué)機(jī)機(jī)械研研磨鎢鎢和和TiN/Tin+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化層層側(cè)壁空空間層層多晶硅硅匣極極鎢氮化硅硅200氮化硅硅的應(yīng)應(yīng)用N型井區(qū)區(qū)P型井區(qū)區(qū)n+STIp+p+USGPSGPSGWFSGn+M1CuFSGFSGM2CuFSGPD氮化硅硅作IMD密封層層的氮氮化硅硅作PMD阻擋層層的氮氮化硅硅WPD氮化硅硅作IMD蝕刻停停止層層的氮氮化硅硅側(cè)壁空空間層層201氮化硅硅沉積積硅烷或或二氯氯硅烷烷作為為硅的的來(lái)源源氣體體氨(NH3)做為氮氮的來(lái)來(lái)源氣氣體氮?dú)庾鲎鰹閮魞艋牡臍怏w體3SiH2Cl2+4NH3Si3N4+6HCl+6H2或3SiH4+4NH3Si3N4+12H2202氮化硅的LPCVD系統(tǒng)示意圖圖加熱器塔架MFCMFC控制閥調(diào)壓器制程氮?dú)釹iH2Cl2MFC洗滌室排氣燃燒室晶圓幫浦MFC吹除凈化氮氮?dú)釴H3制程反應(yīng)室室203氮化硅沉積積制程流程程圖反應(yīng)室溫度度晶圓溫度N2氣流量NH3流量DCS流量反應(yīng)室壓力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位置204高溫化學(xué)氣氣相沉積法法的未來(lái)趨趨勢(shì)更多的晶圓圓使用快速速加熱化學(xué)學(xué)氣相沉積積法可以將只成成整合在群群集工具205高溫爐沉積積概要多晶硅和氮氮化硅是兩兩種在高溫溫爐沉積最最常用的薄薄膜硅烷和二氯氯硅烷是兩兩種經(jīng)常做做為硅源氣氣體.在沉積時(shí)多多晶硅可以以使用磷化化氫,砷化氫或硼硼化氫做為為摻雜氣體體進(jìn)行摻雜雜206快速加熱制制程207快速加熱制制程(RTP)主要在布植植后快速加加熱退火(RTA)制程快速升溫,100到150°°C/sec(水平高溫爐爐升溫速率率約15°C/min)減少熱積存存和較簡(jiǎn)單單的制程控控制208快速加熱制制程(RTP)單晶圓快速速加熱化學(xué)學(xué)氣相沉積(RTCVD)反應(yīng)室可以以用來(lái)沉積積多晶硅和和氮化硅RTCVD反應(yīng)室可以以在群集工工具和其他他制程反應(yīng)應(yīng)室整合在在同一個(gè)系系統(tǒng)中薄膜氧化厚厚度小(<40?)和用對(duì)于晶晶圓對(duì)晶圓圓均勻控制制的快速加加熱氧化制制程差不多多209快速加熱制制程(RTP)反應(yīng)室示意意圖外端反應(yīng)室室紅外線高溫溫計(jì)石英反應(yīng)室室晶圓制程氣體鎢—鹵素?zé)艄?10加熱燈管數(shù)數(shù)組底部燈管晶圓頂部燈管211快速加熱熱制程(RTP)反應(yīng)室照片提供供：AppliedMaterials,Inc212退火和摻摻雜物擴(kuò)擴(kuò)散當(dāng)溫度>1100°°C，退火速率率較擴(kuò)散散為快布植后的的制程需需要高溫溫與溫度度急升單晶圓快快速加熱熱制程工工具已經(jīng)經(jīng)開始應(yīng)應(yīng)用213退火和摻摻雜物擴(kuò)擴(kuò)散高溫?fù)诫s雜物原子子的擴(kuò)散散高溫爐由由于熱容容量較大大使得升升溫速率率較低(~10°C/min)高溫爐退退火制程程需要花花費(fèi)較常常的時(shí)間間，摻雜雜物擴(kuò)散散無(wú)法減減低晶圓兩端端的退火火情形不不均勻214退火速率率和擴(kuò)散散速率溫度退火速率率擴(kuò)散速率率215退火后摻摻雜物擴(kuò)擴(kuò)散高溫爐退退火火快速加熱熱退火匣極216RTP比高溫爐爐的優(yōu)勢(shì)勢(shì)升溫速率率較快(75到150°°C/sec)溫度較高高(可到1200°C)制程較快快摻雜物擴(kuò)擴(kuò)散最小小化較佳的熱熱積存控控制能力力較佳的晶晶圓對(duì)晶晶圓的均均勻性217RTP制程溫度度的改變變時(shí)間溫度升溫降溫退火裝載晶圓圓卸除晶圓圓N2流動(dòng)218熱氮化反反應(yīng)氮化鈦物物理氣相相沉積(PVD)用氨氣進(jìn)進(jìn)行熱氮氮化NH3+TiTiN+3/2H2219氮化鈦制制程二氧化硅硅二氧化硅硅鈦鈦氮化鈦220快速速加加熱熱氧氧化化制制程程超薄薄的的匣匣極極氧氧化化層層<30?較佳佳的的晶晶圓圓對(duì)對(duì)晶晶圓圓的的均均勻勻性性較佳佳的的熱熱積積存存控控制制能能力力221RTP/RTO制程程示示意意圖圖時(shí)間間升溫溫1及升升溫溫2降溫溫RTA裝載載晶晶圓圓卸除除晶晶圓圓RTOO2流量量N2流量量HCl流量量溫度度222未來(lái)來(lái)的的趨趨勢(shì)勢(shì)快速速加加熱熱制制程程(RTP)臨場(chǎng)場(chǎng)制制程程監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)群集集工工具具高溫溫爐爐制制程程將將繼繼續(xù)續(xù)使使用用在在非非關(guān)關(guān)鍵鍵性性的的加加熱熱制制程程223RTCVD反應(yīng)應(yīng)室室加熱熱燈燈管管晶圓圓石英英窗窗反應(yīng)應(yīng)物物反應(yīng)應(yīng)物物及及副副產(chǎn)產(chǎn)品品IR高溫溫計(jì)計(jì)晶圓圓冷冷卻卻反反應(yīng)應(yīng)室室壁壁燈座座224RTP溫度度和和高高溫溫爐爐溫度度時(shí)間間高溫溫爐爐RTP室溫溫.225群集工工具示示意圖圖轉(zhuǎn)換室室RTCVDa-Si反應(yīng)室室裝載站站HF蒸氣蝕蝕刻反反應(yīng)室室RTO/RTP反應(yīng)室室冷卻反反應(yīng)室室卸除站站226快速加加熱制制程的的概要要快速較佳的的制程程控制制熱預(yù)算算晶圓對(duì)對(duì)晶圓圓的均均勻性性摻雜物物擴(kuò)散散最小小化群集工工具,容易將將制程程整合合227加熱制制程概概要氧化,擴(kuò)散,退火,和沉積積濕氧化化成長(zhǎng)長(zhǎng)速率率較高高，干干氧化化氧化化層薄薄膜的的質(zhì)量量較好好，先先進(jìn)的