擴(kuò)散相關(guān)知識(shí)介紹-第七步drive-in

Diver-in擴(kuò)散第七步知識(shí)介紹雜質(zhì)原子穿越硅結(jié)構(gòu)的熱擴(kuò)散方式和載流子擴(kuò)散的方式非常相似。由于較重的雜質(zhì)原子和晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合的更牢固，所以為了獲得適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散率需要800°C到1250°C的高溫。一旦雜質(zhì)進(jìn)入預(yù)期的節(jié)深度，wafer就要冷卻下來(lái)，雜質(zhì)原子也被固定到晶體結(jié)構(gòu)中。用這種方法形成的摻雜區(qū)域叫做diffusion。通常制作一個(gè)diffusion包括兩個(gè)步驟：首先是沉積（或預(yù)沉積），然后是drive（或drive-in）。沉積指加熱wafer,讓它和外部的雜質(zhì)原子源接觸。其中的一些從源擴(kuò)散到硅wafer的表面形成一淺層重?fù)诫s區(qū)。然后移開(kāi)外部雜質(zhì)源，wafer被加熱到一個(gè)更高的溫度并保持一段時(shí)間。在沉積過(guò)程中引入的雜質(zhì)向下運(yùn)動(dòng)，形成更深的但濃度降低的diffusion。如果要制作摻雜非常重的結(jié)，就不需要從wafer旁移開(kāi)雜質(zhì)源，沉積和接下來(lái)的drive就能合并成一個(gè)步驟。在硅工藝中有4種廣泛使用的雜質(zhì)：硼，磷，砷和銻（。選這些雜質(zhì)的原因是他們很容易離子化和溶于硅形成重?fù)诫sdiffusion。參見(jiàn)F.A.Trumbore,“SolidSolubilitiesofImpurityElementsinGermaniumandSilicon,”BellSyst.Tech.J.,Vol.39,#1,1960,pp.205-233）.只有硼是acceptor；其他三個(gè)都是donors。硼和磷擴(kuò)散起來(lái)相對(duì)來(lái)說(shuō)更快,砷和銻擴(kuò)散起來(lái)就慢了很多。砷和銻用在要求非常慢速的擴(kuò)散場(chǎng)合-----比如，要制作非常淺的結(jié)的時(shí)候。即使硼和磷在溫度低于800°C也不擴(kuò)散，必須使用特別的高溫?cái)U(kuò)散爐。典型磷擴(kuò)散設(shè)備長(zhǎng)的fusedsilica管子穿過(guò)電爐，電爐能在管子的中部產(chǎn)生一個(gè)非常穩(wěn)定的加熱區(qū)。Wafer裝上waferboat后，通過(guò)控制插入速率的機(jī)構(gòu)慢慢的被推進(jìn)爐子。氮?dú)饧尤胗幸后w氯氧化磷（POCI3，通常叫做pockle）的瓶子。一小部分POCI3蒸發(fā)了，并由氣流帶到wafer。由POCI3分解出的磷原子擴(kuò)散到氧化層，形成摻雜氧化物，它起到了沉積源的作用。當(dāng)足夠長(zhǎng)時(shí)間沉積大量的雜質(zhì)在硅上后，wafer撤出爐子并去除摻雜的氧化物（稱為deglazing的過(guò)程）。Wafer然后裝入到另一個(gè)爐子，他們被加熱來(lái)驅(qū)使磷向下擴(kuò)散形成需要的diffusion。如果要制作高濃度的磷diffusion,drive前的deglazing就不需要了。只要對(duì)雜質(zhì)源做適當(dāng)?shù)淖兓?，這個(gè)設(shè)備就能用來(lái)擴(kuò)散4種雜質(zhì)中的任何一種。已經(jīng)有很多其他沉積源被發(fā)明出來(lái)了。氣態(tài)的雜質(zhì)比如乙硼烷（代替硼）或磷化氫（代替磷）可以直接注入到運(yùn)送氣流。放在硅wafer之間的薄氮化硼圓片能作為硼的固體沉積源。在高溫氧化環(huán)境中,從這些圓片中釋放出的三氧化硼會(huì)接觸到周圍的wafer。其他不同的spin-onglasses也被作為雜質(zhì)源出售。這些含有摻雜氧化物的東西溶解于揮發(fā)性的溶劑中。當(dāng)溶液被滴入wafer上后，簡(jiǎn)短的烘焙去掉溶劑，在wafer上留下?lián)诫s氧化層。這個(gè)叫做glass的物質(zhì)就作為接下來(lái)擴(kuò)散的雜質(zhì)源。這些沉積方法都不特別好控制。即使使用氣態(tài)源（它能被精確計(jì)量），wafer周圍不均勻的氣體流不可避免的產(chǎn)生摻雜變化。對(duì)于不非?？量痰墓に?，比如標(biāo)準(zhǔn)bipolar，這些方法都能得到很好的結(jié)果?，F(xiàn)代CMOS和BiCMOS（BiCMOS：BiCMOS工藝技術(shù)是將雙極與CMOS器件制作在同一芯片上，這樣就結(jié)合了雙極器件的高跨導(dǎo)、強(qiáng)驅(qū)動(dòng)和CMOS器件高集成度、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，使它們互相取長(zhǎng)補(bǔ)短、發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高速、高集成度、高性能的超大規(guī)模集成電路。）工藝要求比通常的沉積技術(shù)能達(dá)到的更精確的沉積程度和結(jié)深度控制。離子植入能達(dá)到需要的精度，但代價(jià)是更復(fù)雜和更昂貴的設(shè)備。drivein主要與溫度和時(shí)間有關(guān),在再擴(kuò)散時(shí)一般采用調(diào)節(jié)通濕氧和干氧氣體的時(shí)間主要是取得所要達(dá)到的表面濃度及結(jié)深,有時(shí)為了達(dá)到一定的結(jié)深且達(dá)到一定的氧化層厚度（即氧化層厚度不能太厚）再擴(kuò)散時(shí)可以通N2對(duì)片子進(jìn)行保護(hù)，也可通其他惰性氣體但N2價(jià)廉物美.drivein就是一個(gè)擴(kuò)散過(guò)程，和糖化在水里的道理一樣，N2也好Ar也好，是保護(hù)氣體不起作用。02在氧化晶片表面的過(guò)程中，會(huì)使雜質(zhì)在Si-Si02界面兩側(cè)再分布，改變了濃度分布曲線，另外02的存在增加了單晶內(nèi)部的晶格缺陷濃度，于是增加了磷硼推進(jìn)速度。注意02的存在是會(huì)減慢砷及某些雜質(zhì)的擴(kuò)散速度的，這是因?yàn)殡s質(zhì)原子本身的特性不同造成的擴(kuò)散機(jī)理不同。磷擴(kuò)的deposition是先在表面形成一層含磷的氧化層，一般工藝上通三氯氧磷和氧氣，溫度一般比較低大多900?1050C；drive-in是將雜質(zhì)通過(guò)高溫推入硅內(nèi)，一般通少量氧氣或純氮?dú)?，溫度一般比較高，多在1100?1200C之間。這兩部由于工藝氣氛不一樣，且淀積爐管比較容易有偏磷酸等沾污，所以一般都分為兩部在不同的機(jī)臺(tái)作業(yè)，但實(shí)際上也有的會(huì)放在同一個(gè)設(shè)備使用一個(gè)整個(gè)的recipe工作，但其